某飛行臺任務系統直流供電系統改造

段小維　劉國波

摘 要：在分析某飛行臺原有直流供電系統結構、用電需求及特點的基礎上，對于空臺任務系統27VDC直流供電系統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，充分考慮被試系統各系統及設備用電需求，采用多冗余度備份設計，為飛行臺任務系統提供優質的直流電源供給，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；整體電源；自動切換；多冗余度設計

1 概述

航空發動機飛行試驗臺（簡稱飛行臺），是專為航空發動機試驗而改裝的試驗平臺，一般用大型多發轟炸機或運輸機改裝而成，被試發動機安裝在專用的機身吊艙內，或者取代飛行臺飛機的一臺已定型的發動機，用于在真實大氣條件下對發動機進行研制試飛和取證試飛，是新型發動機研制過程中不可缺少的重大技術設施。而28V直流供電系統作為飛行臺整個任務系統的主控電源，從飛行臺安全角度獨立于飛機本機電源系統之外，為被試發動機起動、控制，測試系統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的控制部分提供電源供給。其可靠性，穩定性，供電品質及抗干擾能力直接影響整個試驗過程的安全性和試驗結果的真實性、準確性，是整個任務系統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為二次電源系統，是把機上主交流電源系統正常匯流條的三相115V/400Hz交流電、分別經過8個變壓整流器變成27V直流電源，然后又經過反流割斷器，分別送到直流配電裝置。由于該系統為該飛行臺建立之初俄羅斯原裝系統，其電源變壓及控制設備均采用老式模擬變壓調壓設備，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，已經嚴重的影響到發動機控制系統及測試系統的正常工作狀態，根本不能滿足現代電調發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結構、用電需求及特點的基礎上，對于該飛行臺任務系統27VDC電源及直流供電系統進行全面的改造，在保證飛行試驗過程安全的基礎上，充分考慮被試系統各系統及設備用電要求，為空臺任務系統提供優質的直流電源供給，為飛行臺安全高效的完成飛行試驗任務提供保障。

2 飛行臺任務系統直流供電系統需求分析

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

其中電機起動發動機起動供電需要功率較大，使用時間較短，如某型發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，穩定，可靠即可，對于以氣源起動的發動機來說并不需要。

設備及系統控制部分則對電源的品質要求較高，特別是對全電調發動機而言，發動機控制部分的供電品質、穩定性、抗干擾能力會直接影響到發動機的工作安全性及其狀態及其測試系統的穩定性及、準確性。為了滿足電調發動機及相關測試設備對于電源品質及使用的要求，其供電需要在系統安全穩定可靠的基礎上具備較小的紋波系數，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的主控電源，為了保證實驗過程中被試發動機及飛機的安全性，防止斷電引起的發動機狀態失控，無法操作、監控，安全保障系統失靈等一系列的可能不安全因素及狀態的出現，27VDC電源系統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生。

3 飛行臺任務系統直流供電系統設計

27VDC供電系統整體設計方案：

對發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動機的起動需求，采取對該飛行臺原電源系統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，可以滿足現有型號被試發動機需求。

針對該供電系統的任務需求可知27VDC電源控制供電部分功率需求不太大，但其對供電品質，穩定性、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。

在充分分析現有供電系統結構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27V直流供電系統結構如圖2所示。

系統正常供電狀況下，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供電轉化為可用27V供電，在其起動并有正常輸出之后，電源內部控制電自動切換到直流穩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，系統停止供電后電源內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下則由原電源系統保留部分經匯流條經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換電路自動轉到充電狀態對機上蓄電瓶進行充電。

電源切換過程由蓄電瓶經二極管對任務艙供電部分實現不間斷供電，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換至放電狀態，由蓄電瓶經供電匯流條經線纜直接為吊艙起動電機供電。

本直流供電系統特點：

（1）保留原機部分27VDC供電系統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代電調發動機的冗余備份電源供給。

（2）新研27VDC控制電源供給系統與保留原機部分27VDC供電系統及原機應急蓄電瓶供電系統相互冗余備份，可實現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供電系統與原機應急蓄電瓶供電系統相互冗余備份，可實現自動切換，可充分保障應急情況下的發動機起動電源供給。

（4）新研電源為一體化整體電源直接將原機匯流條115V/400HZ電源經轉化為可用27V電源供給設備及系統控制供電部分，供電可靠，穩定，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吊艙內設備及任務艙內設備的電源供給，減少不必要的控制信號衰減，減少干擾，便于應用操作。

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

（7）整個電源系統結構緊湊，便于操作維護，具備較高的安全性，穩定性，可滿足空臺任務系統直流用電要求。

4 27VDC整體化控制電源設計

該直流27V穩壓電源是將原機交流115V/400HZ交流電變化成隔離穩定直流電，方框圖如圖3，該設計方案技術成熟、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輸出DC27V。該電源前端使用的是移相控制技術，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，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生的高頻噪聲（DC至20M），效率達到90%，不需調節，該電源具備異地遠程控制功能。可滿足系統對于27VDC的供電要求。

5 結束語

本文在充分考慮空臺任務系統各設備及系統用電要求及特點的基礎上，采用整體免維護電源為核心，實現冗余自動切換保障設計方案，完成了空臺任務系統27V直流供電系統的改造。經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提供優質的直流電源供給，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：航空發動機飛行試驗電氣控制技術。