浅析通用飞机电源系统直流供电品质要求

卿涛

中航通飞华南飞机有限公司 广东 珠海 519040

前言

随着越来越多的电子设备在通用飞机上得到了应用。为保障设备的正常工作，飞机电源系统须提供容量充足、安全性高和品质稳定的电能。电源品质的优劣直接影响用电设备的功能和性能，从而在某种程度上影响飞机的正常使用。因此在飞机研制初期，就应对电源系统以及用电设备的供电品质要求进行统一规定。但在研制过程中，部分设计人员并不能真正理解供电品质要求，不能提出正确适当的相关需求。本文结合通用飞机的常规电源系统架构对DO-160G第16章中直流供电相关要求进行解析，为通用飞机用电设备的设计提供参考。

1 直流供电品质要求

DO-160G规定了机载设备环境条件和试验程序，其中16章是对电源输入的规定，分为直流和交流两部分。因目前通用飞机大多采用28V直流供电体制，因此本文重点讨论DO-160G第16.6章和16.7章。根据目前通用飞机常规的电源系统配置，通常采用低压直流起动发电机作为发电装置，蓄电池作为应急电能。按照DO-160G分类标准，通用飞机的直流用电设备类别为：B类或Z类。下面针对这两类设备所需满足的要求进行阐述和分析。

首先，用电设备应在电源系统提供的直流供电环境下正常工作，根据DO-160G主要包括以下几个方面的要求：

（1）正常稳态电压范围：直流22～30.3伏，此条件下设备均应正常工作。本条要求依据发调压点电压波动范围以及线路压降确定的。

（2）最低应急电压：18.0伏。本条针对飞机应急供电状态下保证飞行安全的用电设备。蓄电池供电电压随着时间递减，从26伏降低到20伏（长期稳定在24伏），考虑2伏的线路压降，要求应急设备在稳态18伏时应能正常工作。

（3）脉动电压：由于全机负载的动态变化，导致设备端电压在平均电压上下波动。针对不同的电源，脉动要求不同。当发电机供电时（用电设备端电压高于22伏），因其波动较大，脉动峰峰值为4伏。而当蓄电池供电时，脉动峰峰值只要求2伏。所有的用电设备，均应能承受脉动电压带来的影响，并保证设备的功能性能满足要求。

（4）电源瞬时中断：DO-160G规定的B类中断时间为50毫秒，Z类中断时间为1秒。产生短时断电状态的原因主要是电源或汇流条切换[1]。B类与Z类的区别主要在于是否一直有足够容量的蓄电池保证供电汇流条的供电。因为蓄电池可以作为切换过程中的补充能源为设备供电，若无蓄电池，转换过程中用电设备将一直失电。连接到此类供电系统上的设备需通过内部储能装置进行供电。但需要声明两点：首先，并非中断时间一定要严格按照标准执行。若在电源系统设计之初就规定好转换时间的最大值（如150毫秒），并在测试验证阶段通过试验证明系统满足设计要求，用电设备也可以按照此指标进行设计，以避免带来额外的储能重量。其次，只有断电可能影响设备功能和性能的设备才需要电源瞬时断电，如航电计算机。有的设备则无须考虑，如内部照明灯具。只有充分、合理的考虑供电和用电设备的特点后才能确定瞬时中断具体设计指标。

（5）正常浪涌电压：B类：17～47伏，Z类：12～50伏。因调压系统的延迟，大负载的加卸载均会引起浪涌电压。调压系统依据GJB181A或MIL-STD-704F中18VDC～50VDC的规定研制，考虑压降得到以上浪涌电压要求。而B类与Z类的区别是由蓄电池的稳压作用带来的，B类更为稳定。

（6）发动机起动电压：电压由10伏经35秒均匀升至20.5伏。本要求主要针对发动机起动过程需要工作的设备，其他设备不要求。因起动负载大，导致电网持续低压，起动完成后电压恢复正常。此过程是模拟发动机起动期间系统供电的状态。

（7）非正常工作条件：包括稳态电压范围：20.5～32.2伏；浪涌电压：B类60伏，Z类80伏；低电压条件：由0伏步进0.25伏增加到18伏，持续10分钟；瞬时欠压：12伏持续7秒。以上工作条件考虑到电源系统故障的情况，用电设备需根据系统和设备的重要程度确定在此条件下的工作状态，并不要求所有的设备正常工作，但至少应保证设备不损坏。

其次，用电设备除在飞机供电环境下正常工作外，其运行也不能影响飞机电网的供电品质，以保证其他设备的正常工作。因此对用电设备还需要有以下要求：

（1）电流脉动要求：为避免大功率设备运行过程中，负载波动影响电网电压，对用电设备提出电流脉动要求。从电源获得的合成总功率在400瓦到1000瓦之间的同类型设备，单台用电设备电流脉动的峰峰值应不超过该设备获得的最大负载直流电流的0.14倍。对获得的合成总功率大于1000瓦同类型设备，单台设备线电流脉动的峰峰值应不超过该设备获得的最大负载直流电流的0.07倍。此处的合成总功率是指运行过程可能同时工作的同类设备，如多个燃油泵。

（2）起动瞬态电流要求：为限制设备上电瞬间用电设备瞬态电流对电网的冲击，要求设备上电时，瞬态电流峰值应该不超过：0～3毫秒，9倍的最大稳态负载电流；3～500毫秒，4倍的最大稳态负载电流；500～2秒，2倍的最大稳态负载电流。以上指标是依据飞机通用电源的过载特性提出的。

3 结束语

供电品质要求是飞机用电设备研制过程的重要需求，需在研制初期经研制专业根据系统的架构和使用模式提出。特别是通用飞机直流用电设备，因其通用性较强，使用货架产品较多，更需要根据供电品质和产品资料准确判断产品的适用性。总之，正确的理解通用飞机直流供电品质要求及其提出背景，有助于相关需求的确定和传递，避免欠设计或过设计的产生。