通用飛機(jī)電氣負(fù)載和電源容量分析

劉耀光 張艷琴

摘要：電氣負(fù)載和電源容量分析是飛機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。電源系統(tǒng)應(yīng)滿足全機(jī)用電設(shè)備的容量要求。電源系統(tǒng)的容量是否合適，將影響到電氣系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。分析所有用電設(shè)備在飛機(jī)各種工作狀態(tài)下的供電要求，并綜合供電與用電兩者的供求情況，實(shí)現(xiàn)電源容量和電氣負(fù)載的合理配置。

關(guān)鍵詞：飛機(jī);電氣負(fù)載;電源容量;設(shè)計(jì);用電設(shè)備

一、概述

電氣負(fù)載和電源容量分析是飛機(jī)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作，電源容量的確定、電源形式的選擇均應(yīng)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行。

電氣負(fù)載分析的內(nèi)容是將各個(gè)獨(dú)立的電氣系統(tǒng)或各類(lèi)電源所供電的那些負(fù)載，按照其在飛機(jī)飛行任務(wù)的各個(gè)階段的用電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以確定該系統(tǒng)在飛機(jī)各飛行階段的用電要求。在電氣負(fù)載分析的基礎(chǔ)上，找出連續(xù)負(fù)載量最大的狀態(tài)，以此為準(zhǔn)初選主發(fā)電機(jī)，然后進(jìn)行電源容量分析。電源容量分析的目的是根據(jù)電氣負(fù)載分析和電源在各種加載狀態(tài)下的供電能力，考慮適當(dāng)?shù)娜萘吭６群退矐B(tài)要求，驗(yàn)證主電源和應(yīng)急電源的容量是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范，能否滿足機(jī)載用電設(shè)備的供電要求。

二、 電氣負(fù)載和電源容量分析的內(nèi)容和目的

通用飛機(jī)需按CCAR-23-R3《正常類(lèi)、實(shí)用類(lèi)、特技類(lèi)和通勤類(lèi)飛機(jī)適航規(guī)定》和CCAR-91-R2《一般運(yùn)行和飛行規(guī)則》進(jìn)行設(shè)計(jì)和研制，并按照適航要求進(jìn)行過(guò)程控制管理。

在對(duì)所有機(jī)載設(shè)備的用電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用GJB860A的分析方法，計(jì)算出飛機(jī)后在不同工作階段、不同時(shí)間區(qū)間的電氣總負(fù)載及在不同區(qū)間的電源容量裕度，為飛機(jī)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

三、負(fù)載統(tǒng)計(jì)

負(fù)載統(tǒng)計(jì)是對(duì)用電設(shè)備在飛機(jī)所有工作階段的用電情況的統(tǒng)計(jì)，其中包括設(shè)備名稱(chēng)及型號(hào)及同時(shí)工作數(shù)量、用電種類(lèi)、單臺(tái)用電量、工作階段及工作時(shí)間等。

1、工作階段及代號(hào)名詞解釋

飛機(jī)用電設(shè)備的負(fù)載情況通常隨飛機(jī)的不同工作狀態(tài)而改變。飛機(jī)的工作狀態(tài)是指該飛機(jī)的典型工作狀態(tài)，即理論上預(yù)定的正常情況下工作（包括空中飛行和地面工作）的狀態(tài)。根據(jù)飛機(jī)的工作情況，一般工作階段分為準(zhǔn)備與起動(dòng)、地面檢查、滑行、起飛爬高、巡航、下滑著陸六個(gè)工作階段。

G1-準(zhǔn)備與起動(dòng)

G2-地面檢查

G3-滑行

G4-起飛爬高

G5-巡航

G6-下滑著陸

2、相關(guān)代號(hào)名詞解釋

T-工作時(shí)間

GS-同時(shí)工作數(shù)

DL-單臺(tái)用電量

3、負(fù)載統(tǒng)計(jì)結(jié)果

1）非發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載統(tǒng)計(jì)

對(duì)飛機(jī)非發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的電氣負(fù)載統(tǒng)計(jì)。

2）發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載統(tǒng)計(jì)

在飛機(jī)用電設(shè)備中，起動(dòng)機(jī)負(fù)載對(duì)應(yīng)急供電時(shí)間的影響最大，起動(dòng)機(jī)一般在滑油溫度為-12℃時(shí)用電量最大，消耗的蓄電池容量最多，此處，給出滑油溫度為-12℃時(shí)的起動(dòng)機(jī)負(fù)載統(tǒng)計(jì)值。

四、電氣負(fù)載分析

應(yīng)用GJB860A的分析方法，對(duì)飛機(jī)電氣負(fù)載進(jìn)行5S、5min、連續(xù)三種時(shí)間區(qū)間的分析，以計(jì)算出飛機(jī)在5S時(shí)間區(qū)間內(nèi)的瞬態(tài)負(fù)載值和5min、連續(xù)時(shí)間區(qū)間內(nèi)的平均負(fù)載值。在進(jìn)行負(fù)載分析時(shí)，對(duì)每個(gè)階段每個(gè)電氣負(fù)載均進(jìn)行上述三種時(shí)間區(qū)間分析。

1、時(shí)間區(qū)間分析說(shuō)明

1）? 5S分析

凡工作持續(xù)時(shí)間大于0.005min的負(fù)載都進(jìn)行5s分析，5s分析見(jiàn)下式。

設(shè)備用電量=單臺(tái)用電量×同時(shí)工作數(shù)×K

當(dāng)T≤0.08min時(shí)，K=T/0.08;

當(dāng)T>0.08min時(shí)，K=1。

2） 5min分析

凡工作持續(xù)時(shí)間大于0.08min的負(fù)載都進(jìn)行5min分析，5min分析見(jiàn)下式。

設(shè)備用電量=單臺(tái)用電量×同時(shí)工作數(shù)×K

當(dāng)T≤0.08min時(shí)，K=0;

當(dāng)0.08

當(dāng)T>5min時(shí)，K=1。

3）? 連續(xù)分析

凡工作持續(xù)時(shí)間大于5min的負(fù)載都進(jìn)行連續(xù)分析，連續(xù)分析見(jiàn)下式：

設(shè)備用電量=單臺(tái)用電量×同時(shí)工作數(shù)×K

當(dāng)T≤5min時(shí)，K=0;

當(dāng)T>5min時(shí)，K=1。

2、負(fù)載分析的實(shí)質(zhì)

負(fù)載分析的實(shí)質(zhì)是在飛機(jī)各種規(guī)定的工作階段下對(duì)由獨(dú)立電源系統(tǒng)供電的所有用電設(shè)備的用電量進(jìn)行分析累加，計(jì)算出飛機(jī)在各種規(guī)定工作階段下的電氣總負(fù)載。

五、電源容量分析

1、電源容量說(shuō)明

飛機(jī)電源系統(tǒng)一般由直流主電源、直流應(yīng)急電源和直流外部電源組成，各電源的容量視飛機(jī)具體情況而定。

2、主電源容量分析

1）? 電源系統(tǒng)容量裕度計(jì)算方法

飛機(jī)的主電源是發(fā)動(dòng)機(jī)配套的發(fā)電機(jī)。綜合修正系數(shù)為電源的機(jī)械修正系數(shù)，電磁修正系數(shù)，阻抗修正系數(shù)，冷卻修正系數(shù)連乘積，此系數(shù)乘以電源的區(qū)間額定容量即為在各工作狀態(tài)下主電源的實(shí)際發(fā)電能力。

根據(jù)以往使用經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行負(fù)載統(tǒng)計(jì)時(shí)，各用電設(shè)備用電量的統(tǒng)計(jì)值，一般情況下比其實(shí)際用電量大，而負(fù)載分析是在負(fù)載統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，由負(fù)載統(tǒng)計(jì)可知，在同一工作階段工作的用電設(shè)備并非全部同時(shí)用電，而負(fù)載分析是按同時(shí)用電考慮的，因此，電氣總負(fù)載比實(shí)際電氣總負(fù)載大很多。根據(jù)飛機(jī)負(fù)載統(tǒng)計(jì)的實(shí)際情況，以85%的負(fù)載申報(bào)準(zhǔn)確度及95%的設(shè)備同時(shí)工作率（在負(fù)載分析時(shí)，已經(jīng)考慮了襟翼操縱系統(tǒng)與液壓能源系統(tǒng)的同時(shí)工作率）對(duì)負(fù)載分析結(jié)果進(jìn)行修正，修正后的值較接近實(shí)際值，因此，用修正后的值進(jìn)行電源容量裕度計(jì)算。

電源容量裕度就是飛機(jī)電氣系統(tǒng)中電源能夠?qū)?lái)增加的負(fù)載設(shè)備供電的能力，用對(duì)電源容量的百分比表示。電源容量裕度計(jì)算見(jiàn)下式：

容量裕度=（電源修正容量-電氣總負(fù)載×85%×95%）/電源修正容量

2）? 電源容量計(jì)算結(jié)果

飛機(jī)電源系統(tǒng)在不同工作階段的電氣總負(fù)載不同，以所有工作階段最大電氣總負(fù)載進(jìn)行容量裕度計(jì)算，其值是電源系統(tǒng)所能提供的最小容量裕度。由于發(fā)電機(jī)沒(méi)有過(guò)載能力，因此，用電源系統(tǒng)的額定容量來(lái)計(jì)算飛機(jī)電源系統(tǒng)在5S、5min、連續(xù)三種時(shí)間區(qū)間的最小容量裕度。

3、蓄電池應(yīng)急供電時(shí)間

1）? 蓄電池裝機(jī)容量

根據(jù)蓄電池裝機(jī)條件，蓄電池的容量在其額定容量的80%以上時(shí)，蓄電池才可以裝機(jī)。

2）? 起動(dòng)機(jī)所消耗的蓄電池容量

按照一般供電系統(tǒng)總體方案要求，蓄電池應(yīng)具有連續(xù)起動(dòng)起動(dòng)機(jī)3次的能力。起動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流是隨時(shí)間變化的，只能根據(jù)起動(dòng)機(jī)起動(dòng)曲線近似計(jì)算出3次起動(dòng)起動(dòng)機(jī)所消耗的蓄電池容量。

3）應(yīng)急供電4min時(shí)所消耗的蓄電池容量

當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入應(yīng)急供電狀態(tài)時(shí)，駕駛員在4min時(shí)間內(nèi)可將正常用電設(shè)備全部切斷，因此可根據(jù)卸載過(guò)程近似計(jì)算出該階段所消耗的蓄電池容量。

4）應(yīng)急供電時(shí)間

應(yīng)急供電4min后，蓄電池僅向應(yīng)急負(fù)載供電，此時(shí)應(yīng)急負(fù)載按同時(shí)工作考慮，因此，僅以85%的負(fù)載申報(bào)準(zhǔn)確度對(duì)應(yīng)急電氣總負(fù)載進(jìn)行修正。

5）外部電源容量分析

外部電源插座的額定載流量由地面檢查階段的負(fù)載分析結(jié)果及起動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載統(tǒng)計(jì)情況可知，只要選用合適的外部電源就可以滿足飛機(jī)全部用電設(shè)備的用電要求。

六、結(jié)論

本文總結(jié)了通用飛機(jī)直流電氣負(fù)載和電源容量的分析方法和需要關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)分析、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，保證飛機(jī)能夠在最嚴(yán)重的用電狀態(tài)下電源都是足夠的，從而保證飛機(jī)順利完成飛行任務(wù)。此方法是在滿足適航規(guī)章和國(guó)軍標(biāo)的基礎(chǔ)上通過(guò)多年、多型號(hào)飛機(jī)驗(yàn)證總結(jié)的分析方法，對(duì)于新機(jī)研制和設(shè)備加改裝中的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了有利保障。對(duì)通用飛機(jī)設(shè)計(jì)有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]GJB860A《飛機(jī)電氣負(fù)載和電容量分析》.