淺析通用飛機電源系統直流供電品質要求

卿濤

中航通飛華南飛機有限公司 廣東 珠海 519040

前言

隨著越來越多的電子設備在通用飛機上得到了應用。為保障設備的正常工作，飛機電源系統須提供容量充足、安全性高和品質穩定的電能。電源品質的優劣直接影響用電設備的功能和性能，從而在某種程度上影響飛機的正常使用。因此在飛機研制初期，就應對電源系統以及用電設備的供電品質要求進行統一規定。但在研制過程中，部分設計人員并不能真正理解供電品質要求，不能提出正確適當的相關需求。本文結合通用飛機的常規電源系統架構對DO-160G第16章中直流供電相關要求進行解析，為通用飛機用電設備的設計提供參考。

1 直流供電品質要求

DO-160G規定了機載設備環境條件和試驗程序，其中16章是對電源輸入的規定，分為直流和交流兩部分。因目前通用飛機大多采用28V直流供電體制，因此本文重點討論DO-160G第16.6章和16.7章。根據目前通用飛機常規的電源系統配置，通常采用低壓直流起動發電機作為發電裝置，蓄電池作為應急電能。按照DO-160G分類標準，通用飛機的直流用電設備類別為：B類或Z類。下面針對這兩類設備所需滿足的要求進行闡述和分析。

首先，用電設備應在電源系統提供的直流供電環境下正常工作，根據DO-160G主要包括以下幾個方面的要求：

（1）正常穩態電壓范圍：直流22～30.3伏，此條件下設備均應正常工作。本條要求依據發調壓點電壓波動范圍以及線路壓降確定的。

（2）最低應急電壓：18.0伏。本條針對飛機應急供電狀態下保證飛行安全的用電設備。蓄電池供電電壓隨著時間遞減，從26伏降低到20伏（長期穩定在24伏），考慮2伏的線路壓降，要求應急設備在穩態18伏時應能正常工作。

（3）脈動電壓：由于全機負載的動態變化，導致設備端電壓在平均電壓上下波動。針對不同的電源，脈動要求不同。當發電機供電時（用電設備端電壓高于22伏），因其波動較大，脈動峰峰值為4伏。而當蓄電池供電時，脈動峰峰值只要求2伏。所有的用電設備，均應能承受脈動電壓帶來的影響，并保證設備的功能性能滿足要求。

（4）電源瞬時中斷：DO-160G規定的B類中斷時間為50毫秒，Z類中斷時間為1秒。產生短時斷電狀態的原因主要是電源或匯流條切換[1]。B類與Z類的區別主要在于是否一直有足夠容量的蓄電池保證供電匯流條的供電。因為蓄電池可以作為切換過程中的補充能源為設備供電，若無蓄電池，轉換過程中用電設備將一直失電。連接到此類供電系統上的設備需通過內部儲能裝置進行供電。但需要聲明兩點：首先，并非中斷時間一定要嚴格按照標準執行。若在電源系統設計之初就規定好轉換時間的最大值（如150毫秒），并在測試驗證階段通過試驗證明系統滿足設計要求，用電設備也可以按照此指標進行設計，以避免帶來額外的儲能重量。其次，只有斷電可能影響設備功能和性能的設備才需要電源瞬時斷電，如航電計算機。有的設備則無須考慮，如內部照明燈具。只有充分、合理的考慮供電和用電設備的特點后才能確定瞬時中斷具體設計指標。

（5）正常浪涌電壓：B類：17～47伏，Z類：12～50伏。因調壓系統的延遲，大負載的加卸載均會引起浪涌電壓。調壓系統依據GJB181A或MIL-STD-704F中18VDC～50VDC的規定研制，考慮壓降得到以上浪涌電壓要求。而B類與Z類的區別是由蓄電池的穩壓作用帶來的，B類更為穩定。

（6）發動機起動電壓：電壓由10伏經35秒均勻升至20.5伏。本要求主要針對發動機起動過程需要工作的設備，其他設備不要求。因起動負載大，導致電網持續低壓，起動完成后電壓恢復正常。此過程是模擬發動機起動期間系統供電的狀態。

（7）非正常工作條件：包括穩態電壓范圍：20.5～32.2伏；浪涌電壓：B類60伏，Z類80伏；低電壓條件：由0伏步進0.25伏增加到18伏，持續10分鐘；瞬時欠壓：12伏持續7秒。以上工作條件考慮到電源系統故障的情況，用電設備需根據系統和設備的重要程度確定在此條件下的工作狀態，并不要求所有的設備正常工作，但至少應保證設備不損壞。

其次，用電設備除在飛機供電環境下正常工作外，其運行也不能影響飛機電網的供電品質，以保證其他設備的正常工作。因此對用電設備還需要有以下要求：

（1）電流脈動要求：為避免大功率設備運行過程中，負載波動影響電網電壓，對用電設備提出電流脈動要求。從電源獲得的合成總功率在400瓦到1000瓦之間的同類型設備，單臺用電設備電流脈動的峰峰值應不超過該設備獲得的最大負載直流電流的0.14倍。對獲得的合成總功率大于1000瓦同類型設備，單臺設備線電流脈動的峰峰值應不超過該設備獲得的最大負載直流電流的0.07倍。此處的合成總功率是指運行過程可能同時工作的同類設備，如多個燃油泵。

（2）起動瞬態電流要求：為限制設備上電瞬間用電設備瞬態電流對電網的沖擊，要求設備上電時，瞬態電流峰值應該不超過：0～3毫秒，9倍的最大穩態負載電流；3～500毫秒，4倍的最大穩態負載電流；500～2秒，2倍的最大穩態負載電流。以上指標是依據飛機通用電源的過載特性提出的。

3 結束語

供電品質要求是飛機用電設備研制過程的重要需求，需在研制初期經研制專業根據系統的架構和使用模式提出。特別是通用飛機直流用電設備，因其通用性較強，使用貨架產品較多，更需要根據供電品質和產品資料準確判斷產品的適用性。總之，正確的理解通用飛機直流供電品質要求及其提出背景，有助于相關需求的確定和傳遞，避免欠設計或過設計的產生。