飛機改裝供配電技術研究

張海英 郝琳召

摘? 要：隨著科技日新月異地發展，飛機電源系統由低壓直流電源系統向交流電源系統、高壓直流電源系統轉變，用電功率也隨著機載設備用電量的增加和航電設備現代化程度的提高而迅猛增大。文章從近幾年新型飛機設計定型試飛和新型產品鑒定試飛改裝兩個方面，研究了在不同型號的飛機上加裝不同型號的設備時，飛機改裝常用的幾種供配電設計方法，并分析了這些方法對飛機自身供配電系統的影響。

關鍵詞：改裝技術;供配電系統;剩余電量;二次電源;APU

中圖分類號：V242? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）09-0167-03

Abstract： With the rapid development of science and technology， the aircraft power system has been transformed from a low-voltage DC power system to an AC power system and a high-voltage DC power system. The power consumption has also increased rapidly with the increase in power consumption of on-board equipment and the modernization of avionics equipment. This paper studies several power supply and distribution design methods commonly used in aircraft modification when different types of equipment are installed on different types of aircraft from the two aspects of new aircraft design finalization test and new product identification test flight modification in recent years， and describes the impact of these methods on the aircraft's own power supply and distribution system.

Keywords： modification technology; power supply and distribution system; remaining power; secondary power; APU

1 概述

在新型飛機設計定型試飛和新型產品鑒定試飛過程中的飛機改裝技術，主要是指將測試設備、測試各類傳感器、各類專項系統（如水配重系統、電負載系統）、待鑒定的新型產品安裝到飛機上，并從飛機電網上引取電能為加裝的設備和傳感器供電，飛機改裝技術涉及飛機的結構、燃油、發動機、供配電、機電、航電等各大系統，既要保證加裝的設備和傳感器等能夠正常工作，還要確保飛機各大系統不受改裝影響，保證飛行安全。飛機供配電系統是飛機的基本系統之一，供配電系統的性能和狀態對飛機性能和安全有決定性的影響。

飛機改裝供配電技術是飛機改裝電氣系統的“心臟搭橋”手術，是指從飛機電源系統引取電能，為加裝的設備和傳感器等供電。這項技術的實施不僅需要設計人員掌握飛機供配電系統的基本原理和飛機電源系統的剩余電量，還需要設計人員熟知加裝設備和傳感器等的供電需求，并根據需要設計應急供電方案。本文從新型飛機設計定型試飛和新型產品鑒定試飛兩種不同的飛機改裝過程中，研究在不同型號的飛機上加裝不同型號的設備時常用的幾種供配電設計方法。

2 新型飛機設計定型試飛飛機改裝供配電設計

新型飛機設計定型試飛飛機改裝供配電設計是指從飛機電網引取電能為加裝的測試設備（如采集器、記錄器、機載數據定位系統等）和測試傳感器（如壓力傳感器、流量傳感器、高度速度傳感器等）等供電，并確保測試改裝供電不會影響飛機電源系統的正常工作。現階段，測試設備和測試傳感器主要使用直流28V電源，根據飛機電源系統的差別和試飛科目的要求，測試設備和測試傳感器消耗直流電源的總功率一般不大于4kW。目前國內新型飛機電源系統以三相115V交流電源和高壓270V直流電源為主，并配裝二次電源（將主電源電能轉變為另一種形式或規格的電能的裝置）和應急電源為部分設備和關鍵設備提供電能。在新機實施測試改裝時，需要結合該型飛機電源系統的電源類型和剩余電量進行測試設備和傳感器供配電設計，常用方案如下：

（1）飛機電源系統二次電源的剩余電量能夠滿足加裝的測試設備和傳感器的用電需求時，直接從飛機二次電源的供電匯流條上引取電能，并配裝保險絲（熔斷器或斷路器）保護測試改裝供電線路。通過引取二次電源的故障信號，在飛機二次電源發生故障時，自動將測試改裝供電線路從飛機電網上脫開，保證飛機用電安全。供配電設計原理如圖1所示。

（2）飛機電源系統二次電源的剩余電量無法滿足加裝的測試設備和傳感器的用電需求時，測試改裝時需加裝測試系統二次電源，將飛機主電源轉變為測試系統需要的直流28V電源。這種方法需要從飛機二次電源或應急電源匯流條上引取少量的直流28V電源（不大于5安培）作為測試系統供電線路的啟動電源，供配電設計原理如圖2所示。

（3）在飛機電源系統發生故障時，測試系統供電線路自動切斷后，為確保測試關鍵設備和傳感器能夠繼續工作，需要加裝應急電源為測試系統關鍵設備供電。目前選用銀鋅蓄電瓶作為測試系統應急電源，測試系統應急電源供電方式分為兩種，一種是轉換供電，設計原理如圖3所示;另一種是不間斷供電，設計原理如圖4所示。

轉換供電顧名思義就是通過接觸器切換的方式，將測試系統的供電由飛機電網轉換為由蓄電瓶供電。這種方法的優點是無需加裝隔離二極管，蓄電瓶的電能不會出現損耗，缺點是在轉換過程中存在掉電現象，致使測試設備關機重啟，造成試飛測試數據缺失。

不間斷供電是指飛機電網和蓄電瓶同時向測試系統匯流條供電，優點是在飛機電網發生故障時，蓄電瓶能夠不間斷地為測試系統供電，不會出現掉電的現象，缺點是需要在飛機電網和蓄電瓶的測試系統供電線路上加裝隔離二極管，還要確保蓄電瓶的電壓要略低于飛機電網電壓，以防在飛機電網正常時蓄電瓶電能提前消耗，在飛機電網發生故障時蓄電瓶因電量低而無法為測試系統供電。

3 新型產品鑒定試飛飛機改裝供配電設計

近年來，隨著航空事業的蓬勃發展，新型產品更新換代的速度加快，這些新型產品在配裝新型飛機前，需要搭載一些成熟、可靠的飛機進行鑒定試飛。鑒定試飛可以驗證產品的各項性能指標能否達到設計要求，并及時更改暴露的設計缺陷，確保產品配裝新型飛機后能夠穩定可靠的工作，同時也為新型飛機設計定型試飛節約時間。

相比新型飛機設計定型試飛飛機改裝供配電設計中，加裝的測試系統單一的用電類型和較低的用電功率，新型產品鑒定試飛飛機改裝中加裝的新型產品，用電類型多（常用電有三相115V交流電源、高壓270V直流電源、直流28V電源、220V/50Hz交流電），用電功率大（如某型雷達設備的用電功率達40kW）。因此新型產品鑒定試飛一般需要搭載專用的飛機，這類專用的飛機改裝供配電設計需要充分掌握飛機電源系統的供配電原理及剩余電量，并對飛機電網進行升級改造，主要設計方法如下：

（1）飛機電源系統包含的電源類型多、剩余功率大，能夠滿足新型產品用電需要的，可直接從飛機匯流條上引取電能，再通過配裝二次電源擴展飛機電網缺少的電源種類，如加裝將三相115V交流電源轉為220V/50Hz交流電源的二次電源。若引取的電能過大，還需要抽引飛機大功率設備的啟動信號（如防冰系統接通信號），以確保在這些大功率設備啟動時，搭載的產品能夠自動斷電，防止飛機電網過載，供配電設計原理如圖5所示。

（2）飛機電源系統包含的電源類型單一、剩余功率小，無法滿足新型產品的用電需要的，可根據飛機電源系統的供配電原理將飛機電網進行升級改造。如某型飛機的交流電源由兩臺交流發電機提供，一臺主用，一臺備用。進行改造時，在不改變飛機電源系統供電余度的前提下，可將備用交流發電機的供電線路進行更改，使其在飛機電網正常時為搭載的產品供電，在飛機電網故障時能夠自動地切換轉為飛機電網供電。

（3）飛機電源系統包含的電源類型單一、剩余功率小，且飛機自身電源系統無法進行升級改造或改造后亦無法滿足新型產品用電需要的，可根據飛機的結構空間大小和油箱燃油存儲量等加裝輔助電源。如某型飛機在飛機尾部加裝了一臺輔助動力裝置APU，專門用來為搭載的新型產品提供大功率電能。這類飛機在進行改裝供配電設計時，需要進行APU的起動供電設計和發電配電設計。由于擴展了飛機電源系統的電源種類，還需要在飛機機身上加裝外部電源接口，以便于連接外部電源為搭載的產品進行地面供電使用。增加外部電源輸入后，需要進行外部電源與機上電源供電邏輯設計，保證在飛機電網向主匯流條供電時，外部電源自動切斷。

4 結束語

新型飛機設計定型試飛飛機改裝供配電設計是直接引取飛機電網的電能，為加裝的測試設備和傳感器供電，并根據任務需要加裝應急電源，這類改裝對飛機電網改動量小，不會改變飛機電源系統的供配電原理;新型產品鑒定試飛飛機改裝供配電設計是為了滿足搭載的新型產品的用電需求，而對飛機電網進行的一系列改動，這類改裝引取飛機電網的功率大、對飛機電源系統的改動量大，需要根據產品的需求對飛機各系統和結構進行一些適應性的改裝。

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