飛機自動配電技術研究

劉鵬

摘 要：研究和應用現有的自動配電技術，集中于新式飛機系統。這個配電系統是電機匯流條和電能的接點之間的配電、傳輸、控制、保護和管理，它是驅動系統的重要組成部分。自動配電系統配有分布式總線和自動負載平衡。電氣設備連接到相鄰的電力線。控制信號和狀態信號通過多通道數據總線從計算機傳輸，負載由固態電源控制器（SSPC）控制和保護。減少電纜長度和飛機重量節省駕駛艙空間，減少飛行員的工作量，提高系統的可靠、可維護和可擴展性，并提高飛機的安全性。

關鍵詞：自動配電;電氣負載管理中心

飛機配電系統是由飛機電能的生產、變換和輸配等裝置組成得完整的系統，它是飛機的動力系統一個重要部分，其作用是向飛機上各電設備或用電系統提供電能，以滿足規定的技術性能，從而確保飛機的飛行安全和作戰任務的執行。

由于飛機電能傳輸距離比較短且用電設備比較集中，因此飛機配件系統是指從電源通過匯流條到用電設備輸入端的部分，由電網、配電裝置和電網保護裝置等組成。它的作用是將電源所產生的電能可靠有效地傳輸到飛機的各用電設備上去，并保證可靠而又不間斷地向電設備供電，對于重要系統或設備還應有多余度的獨立供電措施。目前，大多數飛機都使用傳統或遠程配電系統。隨著航空技術的迅速發展，飛機性能大幅度提高，用電設備迅速增加，電源功率不斷增大，致使電網重量過重，維護性和可靠性差，響應速度慢，嚴重影響了飛機性能的整體提高，因此對現有電源控制管理系統的改變需求就越來越迫切，自動配電系統是改變目前狀況的一個重要研究方向。

從國內外的研究和實踐看，飛機配電系統的總趨勢就是自動配電術，采用自動配電技術可以根據飛機的發電容量大小、供電系統完好程度以及飛機不同的飛行階段自動斷開和接通用電設備，使系統具有重構的能力，從而保證飛行和任務關鍵負載的可靠供電，這種方式有著常規配電系統無法比擬的優越性，是下一代先進飛機配電發展的趨勢。

一、自動配電系統具有的優點

1.根據飛行階段、供電系統、配電系統配置，自動負荷管理、合理配電、加載和卸載、避免系統干擾;在緊急情況下，可以根據負載優先順序分配和管理，提高飛機的安全。

2.通過余度和容錯技術提高可靠性，使自我診斷系統能夠及時檢測和預測故障。

3.配電系統質量明顯下降，機動性明顯提高，飛行動力下降。

4.通過標準、模塊化和統一的設計提高配電系統的可擴展性，以確保高度的可擴展性。飛機改型、功能增強和新設備只需進行適當的軟件更改，即可滿足系統要求并降低開發和改造成本。自動配電技術將成為下一代配電趨勢，但受到設備和技術限制，許多技術問題亟待解決。SSPC現在消耗的電力較少，而且抗電磁干擾的可靠性和恢復能力也有所提高。

二、飛機自動配電系統的基本架構與工作方式

1.飛機自動配電原理。每個系統在正常情況下由GCU發電機控制，發電機組G通過GCB斷路器為交流總線和交流負載供電。交流直流輸電通過TRU變壓器適配器進行，BTB斷路器為直流匯流條和負載供電。備用總線和臨界負荷由下一個斷路器控制，應急總線將獲得一個備用電池，該電池將為變頻器上的關鍵交流負載供電。另一個電源可以通過總線斷路器（AC BTB或DC BTB）供電。地面上EPS接地電力系統可以為飛機供電。

2.飛機配電自動化系統的基本結構和運行方式。飛機的自動配電系統集成到飛機的電源中。高速數據總線鏈路建立了分布式自動配電控制系統。PSP負責電力系統的綜合管理。主配電系統由BPCU控制，負責監控、保護和控制主配電中心的總線布局。如果主電源出現故障，兩條總線將并行連接。二級配電系統電氣負載不同位置的不同管理中心（ELMC）組成。

三、飛機自動配電系統關鍵技術

1.自動電氣負載管理技術。可實現對飛機上所有負載的嚴格智能控制。飛行員只需發送當前飛行時間和一些特別指示。自動配電系統可以自動管理電氣系統和飛機的各種負荷。自動負載管理需求：根據可用電源容量、任務需求和負載優先級提供電源。確保可用的電力容量與主負荷相同。如果電源通道出現故障，可以更換電源以確保電源的容錯能力。

2.自動電氣負載管理實施步驟：根據飛機可用的配電類型確定電力容量（例如地面供應、雙單發、應急預案和電池）。根據電源和配電模式指定要處理的電力負荷及其相關電力需求的列表。如果容量不足，則根據電氣負荷的優先級確定要刪除的電氣負荷列表。負荷管理邏輯在配電系統中實現。PSP在飛行的不同階段向ELMS發送任務信息。ELMS計算相應的電力需求和電力負荷控制方程。根據解決方案的結果加載或卸載。

ELMC是飛機自動配電系統中的物理單元。每個ELMC都有一個遠程電源插座設備，由內部value微處理器通過總線接口進行管理。ELMC通過數據總線與PSP通信，向PSP發送負載狀態信息，接收PSP控制信號，并通過SSPC加載或卸載相應的電負荷。

3.ELMC以兩種模式運行：正常模式，起動后，遠程終端通過初始化和自我控制來確定其當前狀態。在正常情況下，系統會實時執行多任務調度，并根據優先級正確運行。如果系統出現故障，請向PSP報告故障狀態。緊急模式：當與PSP通信失敗時，ELMC切換到緊急模式，是一個管理和控制負載的小型系統。故障診斷后，系統可以返回正常模式。

4.SSPC。是一種集成的智能開關裝置，具有轉換交換和斷路器。它是實現配電自動化的重要工具，電源MOSFET或IGBT用作開關裝置，例如電機電源裝置。它具有無觸點、電弧、噪聲、快速響應、低電磁干擾、超長使用壽命、高可靠性和簡單的遠程計算機控制等優點。SSPC還具有短路保護、電涌保護器、自我識別和通信功能。

自動配電技術正在成為新一代飛機配電的趨勢，因為它高度自動化和智能化，大大降低了體積和質量，提高了安全性。與傳統的分布式模式相比，它具有可靠性和可擴展性。通過標準化、模塊化和統一的設計，提高系統可擴展性并降低系統更新成本。

參考文獻：

[1]傅善光.飛機自動配電管理系統電氣負載管理技術的研究[J].南京航空航天大學學報，2020，34（1）：73-78.