某飛行臺任務系統(tǒng)直流供電系統(tǒng)改造

段小維　劉國波

摘 要：在分析某飛行臺原有直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、用電需求及特點的基礎上，對于空臺任務系統(tǒng)27VDC直流供電系統(tǒng)進行全面的改造及重新設計，在保證飛行試驗過程安全的基礎上，充分考慮被試系統(tǒng)各系統(tǒng)及設備用電需求，采用多冗余度備份設計，為飛行臺任務系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的直流電源供給，為飛行臺安全高效的完成飛行試驗任務提供保障。

關鍵詞：直流供電系統(tǒng)；整體電源；自動切換；多冗余度設計

1 概述

航空發(fā)動機飛行試驗臺（簡稱飛行臺），是專為航空發(fā)動機試驗而改裝的試驗平臺，一般用大型多發(fā)轟炸機或運輸機改裝而成，被試發(fā)動機安裝在專用的機身吊艙內(nèi)，或者取代飛行臺飛機的一臺已定型的發(fā)動機，用于在真實大氣條件下對發(fā)動機進行研制試飛和取證試飛，是新型發(fā)動機研制過程中不可缺少的重大技術(shù)設施。而28V直流供電系統(tǒng)作為飛行臺整個任務系統(tǒng)的主控電源，從飛行臺安全角度獨立于飛機本機電源系統(tǒng)之外，為被試發(fā)動機起動、控制，測試系統(tǒng)采集器和大部分傳感器及幾乎所有其它安全試驗輔助系統(tǒng)的控制部分提供電源供給。其可靠性，穩(wěn)定性，供電品質(zhì)及抗干擾能力直接影響整個試驗過程的安全性和試驗結(jié)果的真實性、準確性，是整個任務系統(tǒng)及試驗過程中的基礎、保障、支撐。

某飛行臺原有的直流供電系統(tǒng)為二次電源系統(tǒng)，是把機上主交流電源系統(tǒng)正常匯流條的三相115V/400Hz交流電、分別經(jīng)過8個變壓整流器變成27V直流電源，然后又經(jīng)過反流割斷器，分別送到直流配電裝置。由于該系統(tǒng)為該飛行臺建立之初俄羅斯原裝系統(tǒng)，其電源變壓及控制設備均采用老式模擬變壓調(diào)壓設備，缺少必要的防干擾設備及措施，從而導致該套系操作復雜，體積大，重量重，噪聲大，使用工作年限長，工作性能不可靠，電磁干擾大，電壓波形畸變大，已經(jīng)嚴重的影響到發(fā)動機控制系統(tǒng)及測試系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)，根本不能滿足現(xiàn)代電調(diào)發(fā)動機空臺性能試驗的需求，需要進行重新設計改造。

本文在分析某飛行臺原有直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、用電需求及特點的基礎上，對于該飛行臺任務系統(tǒng)27VDC電源及直流供電系統(tǒng)進行全面的改造，在保證飛行試驗過程安全的基礎上，充分考慮被試系統(tǒng)各系統(tǒng)及設備用電要求，為空臺任務系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的直流電源供給，為飛行臺安全高效的完成飛行試驗任務提供保障。

2 飛行臺任務系統(tǒng)直流供電系統(tǒng)需求分析

作為某飛行臺被試系統(tǒng)的主控電源供給，其使用主要可分為發(fā)動機起動供電和設備及系統(tǒng)控制供電兩大部分，如圖1所示。

其中電機起動發(fā)動機起動供電需要功率較大，使用時間較短，如某型發(fā)動機起動電機要求最高瞬時電流達600A，起動時間幾十秒鐘。該部分供電要求電源共給安全，穩(wěn)定，可靠即可，對于以氣源起動的發(fā)動機來說并不需要。

設備及系統(tǒng)控制部分則對電源的品質(zhì)要求較高，特別是對全電調(diào)發(fā)動機而言，發(fā)動機控制部分的供電品質(zhì)、穩(wěn)定性、抗干擾能力會直接影響到發(fā)動機的工作安全性及其狀態(tài)及其測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性及、準確性。為了滿足電調(diào)發(fā)動機及相關測試設備對于電源品質(zhì)及使用的要求，其供電需要在系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠的基礎上具備較小的紋波系數(shù)，較好的抗干擾能力及較低的負載效應。該部分設備功率一般不大。

另外作為整個任務系統(tǒng)的主控電源，為了保證實驗過程中被試發(fā)動機及飛機的安全性，防止斷電引起的發(fā)動機狀態(tài)失控，無法操作、監(jiān)控，安全保障系統(tǒng)失靈等一系列的可能不安全因素及狀態(tài)的出現(xiàn)，27VDC電源系統(tǒng)還應該具備安全備份供電的多冗余安全保障設計，以防止實驗過程當中的意外及不安全事故的發(fā)生。

3 飛行臺任務系統(tǒng)直流供電系統(tǒng)設計

27VDC供電系統(tǒng)整體設計方案：

對發(fā)動機起動電源供給部分使用時間短，功率大，并且對于以氣源起動的發(fā)動機來說該部分供電并不需要，若采用整體電源則其體積重量均較大。為了保證空臺對于電機起動發(fā)動機的起動需求，采取對該飛行臺原電源系統(tǒng)進行部分保留的措施，保留原機2，4，6，8號四臺變壓整流器，四臺28V變壓整流器輸出的功率為800A，可以滿足現(xiàn)有型號被試發(fā)動機需求。

針對該供電系統(tǒng)的任務需求可知27VDC電源控制供電部分功率需求不太大，但其對供電品質(zhì)，穩(wěn)定性、可靠性、電磁兼容性及抗干擾能力均有較高的要求。因此對該部分供電進行重新設計，新研一體化免維護整體電源。

在充分分析現(xiàn)有供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用電需求及特點的基礎上，考慮備份應急供電的條件下，設計完成任務系統(tǒng)27V直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)正常供電狀況下，起動之前，由機載的蓄電瓶為整體控制電源提供控制電源供給，按壓電源起動按鈕之后，新研一體化整體電源直接將原機匯流條115V/400HZ供電轉(zhuǎn)化為可用27V供電，在其起動并有正常輸出之后，電源內(nèi)部控制電自動切換到直流穩(wěn)壓電源的輸出線路上。同時，大功率繼電器J1，J2吸合，電源兩路輸出電流經(jīng)J1，J2常開觸點直接供給任務艙及吊艙用電線纜及設備，系統(tǒng)停止供電后電源內(nèi)部控制電自動切換到蓄電瓶供電匯流條線路上。

當整體控制電源出現(xiàn)故障或者欠壓過流保護之后，大功率繼電器J1，J2斷開，此時若是原機2，4，6，8號四臺變壓整流器保留部分起動狀態(tài)下則由原電源系統(tǒng)保留部分經(jīng)匯流條經(jīng)J1，J2繼電器常閉觸點完成對于任務艙及吊艙用電設備的電源供給，并且機上蓄電瓶充放電轉(zhuǎn)換電路自動轉(zhuǎn)到充電狀態(tài)對機上蓄電瓶進行充電。

電源切換過程由蓄電瓶經(jīng)二極管對任務艙供電部分實現(xiàn)不間斷供電，由于蓄電瓶電壓設計點略低于電源及變流機，因此在切換過程完成后二極管自動切斷蓄電瓶供電。

對于電機起動型號發(fā)動機，起動前起動保留部分原2，4，6，8號四臺變壓整流器，電流經(jīng)匯流條及線纜直接為吊艙起動電機供電，若變壓整流器故障，則機上蓄電瓶充放電電路轉(zhuǎn)換至放電狀態(tài)，由蓄電瓶經(jīng)供電匯流條經(jīng)線纜直接為吊艙起動電機供電。

本直流供電系統(tǒng)特點：

（1）保留原機部分27VDC供電系統(tǒng)作為燃氣渦輪起動機起動電機電源供給，在保證使用要求情況下，使得新研一體電源體積重量大大減少。同時該部分電源還可作為現(xiàn)代電調(diào)發(fā)動機的冗余備份電源供給。

（2）新研27VDC控制電源供給系統(tǒng)與保留原機部分27VDC供電系統(tǒng)及原機應急蓄電瓶供電系統(tǒng)相互冗余備份，可實現(xiàn)故障情況下的自動切換，可充分保障應急情況下空臺的飛行安全要求。

（3）保留原機部分27VDC供電系統(tǒng)與原機應急蓄電瓶供電系統(tǒng)相互冗余備份，可實現(xiàn)自動切換，可充分保障應急情況下的發(fā)動機起動電源供給。

（4）新研電源為一體化整體電源直接將原機匯流條115V/400HZ電源經(jīng)轉(zhuǎn)化為可用27V電源供給設備及系統(tǒng)控制供電部分，供電可靠，穩(wěn)定，體積及重量較小，便于安裝。

（5）新研27VDC控制電源直接提供兩路輸出分別完成任務系統(tǒng)吊艙內(nèi)設備及任務艙內(nèi)設備的電源供給，減少不必要的控制信號衰減，減少干擾，便于應用操作。

（6）任務艙內(nèi)各操作臺分別自控供電，便于各操作臺各系統(tǒng)設備根據(jù)需要就近連接取電及控制，避免了原空臺任務系統(tǒng)各系統(tǒng)及設備供電相互交錯，混亂不清，及一些誤操作情況的出現(xiàn)。

（7）整個電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，便于操作維護，具備較高的安全性，穩(wěn)定性，可滿足空臺任務系統(tǒng)直流用電要求。

4 27VDC整體化控制電源設計

該直流27V穩(wěn)壓電源是將原機交流115V/400HZ交流電變化成隔離穩(wěn)定直流電，方框圖如圖3，該設計方案技術(shù)成熟、先進、可靠，基本原理是將交流進行相控整流，在進行DC/DC變換，在輸出端將紋波進行衰減后并聯(lián)輸出DC27V。該電源前端使用的是移相控制技術(shù)，減小輸入的諧波含量，提高功率因素，相控整流輸出為平滑270V直流，作為DC/DC模塊的輸入端，每個整流模塊的輸出為20A，共五個模塊并聯(lián)，輸出電流自動均流，這樣大大提高了電源的可靠性。為了很好的解決電源輸出紋波，在DC/DC電源輸出端增加RAM紋波衰減器，RAM紋波衰減器是有源濾波與無源濾波相結(jié)合的電路，可以衰減低頻的輸入基波及其諧波和開關組件所產(chǎn)生的高頻噪聲（DC至20M），效率達到90%，不需調(diào)節(jié)，該電源具備異地遠程控制功能。可滿足系統(tǒng)對于27VDC的供電要求。

5 結(jié)束語

本文在充分考慮空臺任務系統(tǒng)各設備及系統(tǒng)用電要求及特點的基礎上，采用整體免維護電源為核心，實現(xiàn)冗余自動切換保障設計方案，完成了空臺任務系統(tǒng)27V直流供電系統(tǒng)的改造。經(jīng)過飛行臺幾十個架次的飛行試驗證明，該直流供電系能夠為空臺任務系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的直流電源供給，為飛行臺安全高效的完成飛行試驗任務提供強有力的保障！

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作者簡介：段小維（1985-），女，碩士，工程師，主要研究方向：航空發(fā)動機飛行試驗電氣控制技術(shù)。