一种便携式单相地面电源设计与实现

陆欢 许晶菁

（中国直升机设计研究所 江西省景德镇市 333000）

直升机无线电罗盘在转场、更换天线或罗盘示数不准时需校罗差，由于无线电罗盘校罗差时，地面不开车，直升机需360°旋转，且需在空旷场所电磁干扰小的情况下进行，而直升机在此情况下无115V交流电，故需地面保障设备给无线电罗盘地面校罗差时供115V单相交流电。故设计一款简易便捷的地面电源，来满足直升机无线电罗盘在特定工况下的需求——地面电源。

1 地面电源组成

地面电源主要组成由蓄电池、逆变器、保险丝、开关、指示灯及充电器等组成，各个模块高度集成简洁，各个模块便于安装拆卸，在设计源头既考虑了安装操作性和维修性。同时，各个模块高度集成化，各个功能单一独立化，降低了故障有效率。

2 地面电源工作原理

地面电源将蓄电池输出的28V直流电通过逆变器逆变转换成单相115V交流电，地面电源的流程图如图1所示。

蓄电池组由蓄电池和电量指示板组成。蓄电池供电给单相逆变器时，通过单相逆变器的逆变电路，将28V直流电压变换成115V单相交流，并通过输出线缆输送给用电设备。蓄电池在充电时，电量指示板实时检测蓄电池电量，并通过充电器上的指示灯显示充电状态。为了保证控制的安全性和可靠性，在蓄电池和逆变器之间增加了2A保险丝和开关。开关控制蓄电池28V直流电输入到单相逆变器中，在28V直流电的负极增加2A保险丝保护电路过载工作。在逆变器输出端增加115V交流指示灯，指示115V输出。

整个电路设计简捷，中间环节简化。大大提高了整个设备电路的可靠性和优越性。图2为地面电源电气原理图。

2.1 蓄电池单元

地面电源在放电过程中，由蓄电池直接给单相逆变器提供稳定的直流电源。蓄电池输出直流电压在20V～30V之间，蓄电池额定容量为5Ah,最大放电电流为10A。

充电过程中，在充电回路中，即充电器与蓄电池之间串入转接件，转接件通过内部电池保护板对电池进行二次充电保护。蓄电池配套充电器为便携式充电器，输出参数为DC 29.4V，最大充电电流为5Ah，具有充电指示及充满电量指示功能。

2.2 单相逆变器单元

单相逆变器采用高频电力电子变换技术，为飞机及机载设备提供115V单相交流电源，是直流机组和可控硅整流电源的换代产品，符合GJB181A-2003《飞机供电特性》及GJB572A《飞机外部

图2：地面电源电气原理图

图3：地面电源机械结构

电源供电特性及一般要求》。单项逆变器输入电压为28VDC，输入电压范围为18 VDC～30VDC，输出单相115VAC/400Hz，功率为50VA，稳压精度为±2V，频率稳定度≤±0.5%。满足用电设备对供电品质要求。

3 地面电源的结构设计

为了提高携带的便捷性和维修可操作性，在机械结构设计大大简化结构的复杂性，提高设备的维修便捷性。地面电源内部的器件与电源盒体之间连接采用螺钉固定，便于现场快速拆卸。壳体选用强度高、导电良好、质轻的铝合金材料以满足抗振性和电磁兼容性要求。

3.1 机械结构壳体

在结构方面采用多块铝板拼接的结构形式。电源盒由盒体、前面板、盖板组成，既保证电源盒的整体结构强度，又方便拆装，便于设备的维护。地面电源内部合理布局，优化形状，以求重量最小，地面电源机械结构图如图3所示。

3.2 人机操作界面

在人机操作界面上简化明了，前面板对应区域标注功能指示按钮。有“充电”、“保险丝”、“电量指示”、“输出开关”、“输出”以及“工作指示”。简洁清晰的操作界面，让其使用者轻松快速掌握操作步骤及方法。地面电源人机操作界面如图4。

4 电磁兼容性设计措施

整个电路设计已设计简化优质高效的逆变电路，其逆变辐射已降到有效辐射分贝范围内。电源盒体采用金属材料铝为壳体，作为高频电场的屏蔽材料，交流输出部分采用屏蔽电缆，进一步减少电场辐射。对外接口衔接紧密，减少电磁泄露以及阻抗外界电磁的干扰。

本设备依据GJB151A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》以及GJB152A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》测试RE102试验项目，电场辐射发射范围为10kHz～18GHz,试验测试项目指标均符合。图5为频段为2～30MHzRBW为10kHz，测试的频段波形图。

5 维修性设计

5.1 维修性指标预计

地面电源维修性建模，在建模的基础上进行维修性预计,以确定系统维修性设计是否满足要求，并分析维修性薄弱环节采取有效措施进行纠正。本系统的维修性指标MTTR（平均修复时间）(基层级)：10min。

5.2 维修性设计分析

电源进行了维修性建模预计，预计结果MTTR为7.07min，满足成熟期维修性指标MTTR不大于10min的要求。在结构设计时，力求做到不损失技术性能指标的前提下结构紧奏、简洁；在安装设计时，力求做到拆装容易，测试接口方便测试；余量设计；各插头连接功能标志清楚、清晰，插头具有防插错功能，可快速装卸。

6 外场实用性

该地面电源体积为260×170×146(mm)（深×宽×高），重量4Kg，便于携带和安放。在满载23VA条件下，可以连续工作3h，能满足外场无线电罗盘对供电需求，同时在环境温度为-30℃～50℃，可以正常工作。

7 总结

图4：地面电源人机操作界面

图5：地面电源电磁兼容试验频段图

本地面电源已与直升机对接，并按照设计要求，完成了高低温试验、运输振动试验、运输跌落试验、湿热试验、盐雾试验和电磁兼容试验。并对供电特性进行检测，供电特性品质高，符合设计要求和满足给直升机无线电罗盘供电需求。该地面电源以体积小，质量轻，性能稳定，获得使用者的好评，在该领域有广阔的使用空间和市场。