某型飞机负载分配均衡性研究∗

（91697部队 青岛 266000）

1 引言

自20世纪40年代以来，世界各国在飞机电气系统的研究方面变得日趋先进和完善，理论水平和实践应用都有了质的飞跃和提高［1］，飞机性能不断提高的同时，飞机机载用电设备也越来越复杂和完善，这意味着对飞机供配电系统的稳定性、可靠性和均衡性都提出了更高的要求，我们采用环形配电系统的配电方案，使运X飞机原有供电系统和配电系统的分布结构作重新分布和设计，使用电设备从多个方向获得电源输入，同时使供配电回路采用真空接触器或者环网开关进行控制，在供配电过程中，当出现供电故障时，要求环网开关具有自动连接和断开功能以达到配电网能够具备一定的容错和重构能力［2］。

运X飞机共有八台发电机为其供电，我们任意选取两台发电机进行分组并联，当向机载用电设备供电时，若两台发电机输出电流不同必然导致负载分配不均衡，当差值大于临界值时，可能会导致一台发电机过热而损坏。找到两台发电机并联供电时的负载分配均衡性条件，会大大提高供电可靠性和安全性［3］。

2 配电系统形式

现代飞机的快速发展对供配电系统稳定性的要求越来越高，飞机配电系统到目前为止总共经历过三种形式的变化，一是常规配电系统，二是遥控配电系统，三是电气多路传输配电系统［4］。三种配电系统在应用过程中各有利与弊，总的来说，电气多路传输配电系统更适合现代飞机高速发展的配电需要，因为它采用了较先进的分布式配电方法，其应用范围也越来越广，它主要由数据处理机、发电机控制装置及总线等组成，同时该配电系统形式主要以计算机作为控制方式，这样就极大的简化了飞行员和空勤人员的操作程序和步骤，节省了大量人力资源，同时为机务人员维护飞机提供了极大的方便，以运X飞机为应用背景，采用分布式环形配电系统对飞机负载进行配电，能够极大的提升飞机供配电系统的安全性和可靠性，同时能在最大程度上提高了飞机的容错和重构能力。确保飞机安全可靠［5］。

图1 某型飞机环形配电系统示意图

配电系统采用环形系统结构，用电汇流条能从两个或两个以上方向获得电能，这样能保证对飞机各部分可靠地输配电能并管理各类电气负载并保护机载设备［6］。环网由电缆、汇流条、配电板、负载及多个继电器构成，由于继电器中的执行机构能够对被控制电路实现通断，因此可以有效地实现环形配电网络的重构来提高容错水平。图1为运X飞机环形配电系统示意图，从图中可以看出，环网的主电源由F1-F8组成，此八台发电机由主发动机驱动，其中，单发的容量值为12kW，飞机直流供电电压为27V，环网中的辅助发电机APU为整个系统提供辅助电源供电［7］，飞机在地面工作时，外电源通过1号和2号插座对整个环网汇流条进行供电，飞机蓄电池在飞机主电源不工作或者一些特殊情况发生时作为应急电源对飞机上的能够保证飞机安全降落的负载进行不间断供电。

3 影响负载分配均衡性的关键因素

以环网结构的配电系统为切入点，配电网中的单组并联发电机为相应汇流条进行供电，总容量为24kW，如果供配电系统可靠且无故障，能够保证负载供电的均衡性，当输出电流出现偏差超出一定范围时，负载得到的输入必然不同，如果超过极限值，将会损坏其中一台发电机，这样将大大降低飞机的可靠性和安全性［9］。两台发电机并联供电的原理电路图如图2所示，由图可知：

图2 两台发电机并联供电原理电路

式中U代表16、1、2、3汇流条总电压，U2和U5为供电发电机的调节电压，R2a和R5a分别表示两台发电机的电阻，I2和I5为两台发电机的输出电流，I和R分别为负载电流和负载电阻［10］。

假设两台发电机的调压器为有差调节，系数分别为K2和K5，则有

U20和U50分别为发电机的空载电压。整理得

通过相关计算可知，影响飞机负载分配均衡性的关键因素主要有以下几个方面：一是发电机的正线电阻；二是空载电压；三是发电机调压器的坡率系统［11］。

4 负载均衡分配方法设计实现

无论是电气多路传输供电系统，还是分布式环形配电系统，同时满足正线电阻相等、空载电压相同及发电机调压器坡率相等很难，依托运X飞机，我们可以设计一个晶体管调压器电路，其均衡电路模型如图3所示。

图3 带晶体管调节器的并联供电系统均衡回路

R24表示负载均衡电路的均衡敏感电阻，两个均衡敏感电阻的一端接发电机F2和F5的负端A和B两点，当发电机输出负载不同，如果此时I2大于I5，当均衡电路接通时，均衡敏感电阻上的压降将使得F1发电机调压器敏感点的电压Ua2升高，末级功率管的导通比减小，平均激磁电流减小，F1发电机电压降低，输出电流I2减小；同样的对于F5发电机的这些参数将会升高，最终将使得电流差ΔI=I2-I5减小［12］。

以γ表示均衡灵敏系数，经大量数据验证和计算，最终得到

式（6）、式（7）表明，在飞机供配电过程中若使得负载均衡配电，必须同时满足以下四个条件：

一是两台发电机的正线电阻相等即R+1=R+2；

二是两台发电机的空载电压相等即R10=R20；

三是两个调压系统的坡率系数相同即k1=k2；

四是并联供电系统的两个均衡灵敏系数相等即γ1=γ2。

5 结语

在后续的学术研究或实践应用中，应注重确保两台发电机的正线电阻、两台发电机的空载电压、两个调压系统的坡率系数及并联供电系统的两个均衡灵敏系数相同，这四个必要条件满足后，在低压直流小区域多电源多负载特殊环境下的配电系统中，应用继电保护技术完成故障隔离与配电系统重构对于拓展继电保护技术的应用有着积极的意义。