某型飛機專用試驗平臺建設

張海英 郝琳召

摘 ?要：在不改變飛機原有供電余度的前提下，對某型飛機的電源系統進行了一系列改造，主要包括交流發電機輸出改裝、供電控制邏輯改裝、電源顯控系統改裝等。改造后，該型飛機電源系統的供電能力得到了提升，能夠滿足新型試驗設備的用電需求。

關鍵詞：試驗機;試驗平臺;電源系統;調壓保護器;供電裕度

中圖分類號：TM621.3 ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）13-0113-03

Abstract： On the premise of not changing the original power supply redundancy of the aircraft， a series of modifications have been carried out on the power supply system of a certain type of aircraft， including the output modification of the alternator， the modification of the power supply control logic， the modification of the power display and control system， and so on. After the transformation， the power supply capacity of the aircraft power supply system has been improved， which can meet the demand of the new test equipment for power use.

Keywords： testing machine; test platform; power supply system; voltage regulator protector; power supply margin

1 概述

飛機、發動機、機載設備等在真實的飛行條件下進行的各種試驗稱為飛行試驗，通過試飛獲得的數據可用來驗證和鑒定各類航空產品的各項性能指標能否達到設計要求。飛機作為航空產品類飛行試驗的載體，需要在結構、性能、載荷、供電系統等各方面均能滿足一系列產品的試驗要求，才能將其進行改裝，搭建適合這系列航空產品飛行試驗的專用試驗平臺。專用試驗平臺建設中，電源系統的改造通常依賴于飛機本身現有的電源系統，將飛機的剩余電量引出，直接或者通過二次電源為航空產品進行供電。

某型飛機作為航空產品試驗平臺，近年來搭載了一系列新型航空設備進行了飛行試驗，其主要優點包括以下幾個方面：

（1）飛機載重量大，艙內空間開闊，對搭載的航空設備的體積、重量要求寬泛。

（2）飛機客艙區域為密封艙，飛行時相關參試人員可以跟飛保障。

（3）飛機外圍可配套外掛吊艙。

（4）相比其他試驗機，該型飛機大小適中，耗油量小，資源利用率高。

隨著科學技術的不斷發展，航空產品對試驗機平臺電源的種類、功率及品質的要求越來越高，該型飛機過于簡單的電源種類（直流28V電源、單相115V/400Hz交流電源）及過低的剩余功率（直流28V電源的剩余功率不超過18kW）大大限制了所能搭載的航空產品。因此亟需對該型飛機的電源系統進行改造，以滿足各類新型航空產品的用電需求。

2 飛機電源系統簡介

飛機電源系統由主電源、二次電源、應急電源、控制、保護等電路組成，作用是為飛機上的所有用電設備提供電能。本文所研究的飛機電源系統，其主電源系統包括直流電源系統與單相交流電源系統。其中直流電源由兩臺QF-18B起動發電機供給，每臺輸出的額定功率為18kW，采用并聯的方式供電。單相交流電源由兩臺額定功率為16kVA的JF-30A交流發電機供給，一臺主用（左發），另一臺備用（右發），當主用交流發電機失效時，自動轉換到備用交流發電機供電。

3 電源系統改造方法分析

目前國外試驗機電源系統的改裝主要包括兩種方式。一種方式是加裝二次電源，將原機的電源轉化成航空產品所需的電源類型，但是這種方式僅限于電源系統剩余功率足夠大的試驗機。另外一種方式是增加輔助動力裝置如APU，增大飛機電源系統的供電能力，這種方式成本高、風險大，對飛機自身的總體性能、機體結構及各系統的要求也高。

某型飛機由于自身電源系統電源種類少，剩余功率小，不足以加裝滿足航空產品用電需要的大功率二次電源;因機體結構及性能局限也不能夠加裝輔助動力裝置，因此這兩種方法不適用于該型飛機電源系統的改造，需要從該型飛機電源系統的供電方式及控制邏輯兩方面入手，對飛機自身的電源系統進行升級改造，來滿足試驗產品的用電需求。

該型飛機電源系統的改造主要包括：右發交流發電機輸出改裝、供電控制邏輯改裝、試驗平臺電源顯控系統改裝。

3.1 右交流發電機輸出改裝

該型飛機交流電源系統采用了JF-30A三相氣冷無刷同步發電機進行供電。JF-30A由共軸的主發電機、激磁機和永磁發電機組成，其電樞繞組一般為Y形連接，輸出為三相115V/400Hz交流電。JF-30A交流發電機在某型飛機上使用時，其電樞繞組為三角形連接，C相接地，A相不接線，使用B、C兩相接線的方式取得單相交流電。因此改變JF-30A交流發電機輸出接點的連接方式，將輸出繞組由三角形連接改為Y形連接，就可以使發電機輸出115V/400Hz，額定功率30kVA三相交流電，如圖1所示。

由于發電機輸出狀態的改變，飛機自身配套的調壓控制保護裝置不再適用，需要加裝一臺與之相配套的調壓控制保護裝置，其功能如下：

（1）通過改變發電機勵磁電流的方法來調節發電機輸出的電壓，以保證發電機輸出電壓恒定。

（2）當出現欠壓和過壓時，經一定延時后產生信號并通過控制電路，斷開發電機勵磁回路并將負載從電網中切除。

（3）欠頻敏感電路通過感受永磁機頻率，當頻率低于一定值時，斷開發電機勵磁回路并將負載從電網中切除。

當發電機由飛機發動機驅動，其轉子以8000轉/分的轉速旋轉時，永磁機的永久磁極所產生的旋轉磁場將在其三相電樞繞組中產生感應電勢，其空載電壓約30～33V，永磁機的三相輸出經整流放大電路后輸出一個直流電，給激磁機的激磁繞組，使之產生磁場。激磁機的三相電樞繞組在磁場中旋轉感應出三相電勢，經三相半波整流后供給發電機激磁繞組，從而使發電機的電樞繞組建立三相交流電壓。也就是說激磁電流Ij是建立發電機三相交流電壓U的基礎，Ij增大，U也隨之增大，通過改變Ij的大小，就可調節電壓U的大小。

引取發電機輸出電壓U，經過變壓整流電路輸出直流分量電壓U2，再經過開關放大整形電路后輸出與U2成反比的電流I，以提供激磁機激磁電流。當U電壓升高時，U2電壓升高，電流I減小，使激磁電流Ij減小，電壓U降低，從而達到調節電壓的目的。

引取發電機輸出電壓U，當發電機出現欠頻、欠壓、過壓時，通過其測量電路，輸出一個電壓信號，經過放大、延時電路后，來控制發動機的激磁和負載。原理框圖如圖2所示。

主要技術指標如下：

（1）調壓精度：0～100%負載 ? ? ? ?±2%

100～150%負載 ? ? ?±3%

150～200%負載 ? ? ?±4.5%

（2）過壓保護;動作點電壓 ? ?（125±3）V

130V ? ? ?不大于3s

140V ? ? ?不大于0.5s

150V ? ? ?不大于0.32s

160V ? ? ?不大于0.22s

170V ? ? ?不大于0.16s

180V ? ? ?不大于0.12s

（3）欠壓保護;97～107V ? ?3～5s

（4）欠頻保護：當發電機輸出電壓的頻率低于360±10

Hz時，自動切斷負載接觸器。

改造后，飛機電源系統能夠為搭載的航空設備提供功率為30kVA的三相115V/50Hz交流電源，大大提升了試驗平臺的供電能力。另外根據任務需要，可以配套安裝二次電源，提升試驗平臺的電源種類。

3.2 供電控制邏輯的改裝

供電控制邏輯改裝的原則是不改變飛機原有的供電余度，即在保證試驗機機載設備正常供電的情況下，電源系統為搭載的航空產品提供電能。

正常供電狀態下，左右交流發電機接入網路的控制方式與飛機原來的方式相同，左交流電源系統給機載設備提供115V/400Hz單相交流電，右交流電源系統為搭載的航空設備提供三相115V/400Hz交流電源。兩個系統相互獨立。

在飛行過程中，若左交流發電機系統工作失效，先自動將搭載的航空設備從右交流發電機系統中切除，再將左交流發電機系統通道上的機載設備自動轉由右交流發電機系統供電。由于右交流發電機是三相115V/400Hz交流電輸出，機載設備是單相交流115V/400Hz用電，因此需在右交流發電機與機載設備電路之間加裝一臺輸入為三相115V/400Hz，輸出為單相115V/400Hz的變壓器電源，來實現三相轉單相供電，如圖3所示。

變壓器電源技術指標如下：

輸入三相交流額定電壓：115±3%V;

輸入額定功率：30kVA;

輸入電源頻率：400Hz;

輸出單相交流額定電壓：115V;

輸出額定功率：16kVA。

在飛機機身處加裝一個三相地面電源插座，用于搭載的航空設備地面通電試驗使用，并配套研制一臺相序保護器，使地面三相交流電源與機上三相交流電源的相序保持一致，以保證設備工作正常。地面三相交流電源系統與飛機網路相互隔離，飛機供電網路優先于地面供電網路，即當飛機滿足向電網供電時，自動切除地面供電。原理框圖如圖4所示。

3.3 試驗平臺電源顯控系統改裝

客艙內部配備一臺標準配電機柜，將三相115V/400Hz交流電源、直流28V電源及二次電源進行集中控制，配電機柜上加裝一臺顯示器，用于顯示和監控供電系統的主要參數。系統原理框圖如圖5所示。

4 結束語

該型飛機的電源系統改造升級后，供電能力和電源種類得到了很大的提升，能夠滿足后續各類新型航空產品的試飛需要，提高了試驗機試驗平臺的利用率。

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