某型直升機加裝噴灑設備的電氣負載分析

摘 "要：為保證機載系統的正常工作，電氣負載分析（ELA）工作是機載電子電氣設備加改裝工作中非常重要的一步，在分析相關適航條款基礎上，總結電氣負載分析過程與方法，開展某型直升機加裝噴灑設備的ELA分析，表明對適航條款的符合性，為該型直升機加裝噴灑設備的適航取證工作提供必要技術支撐。

關鍵詞：直升機；噴灑設備；ELA；適航；電纜載荷

中圖分類號：V242.2 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2025）10-00７９-0４

Abstract： To ensure the normal operation of the onboard system， electrical load analysis （ELA） is a very important step in the modification and upgrading of onboard electronic and electrical equipment. Based on the relevant airworthiness regulations， the process and methods of electrical load analysis are summarized. The ELA analysis for the installation of a spraying device on a certain type of helicopter is carried out， which demonstrates compliance with the relevant airworthiness regulations and provides necessary technical support for the certification of the installation of the spraying device on the helicopter.

Keywords： helicopter; spraying equipment; ELA; airworthiness; cable load

電氣負載和電源容量分析是對直升機的供電狀態進行檢查，保證直升機電源系統容量在預期的運行環境和條件下滿足全機負載的用電需求，使其處于安全運行的狀態。在直升機電氣系統設計或電氣改裝工作中，電氣負載分析（ＥＬＡ）必不可少，需在初始或基準分析文件的基礎上，根據新增任務設備的負載情況進行補充更新。

為拓展某型直升機任務能力，滿足航空植保作業的需求，在某型直升機上加裝噴灑設備，需根據改裝后的負載變化情況進行ELA更新，以確保在各種預期的飛行條件下，電源系統有足夠的能力滿足改裝后全機負載的用電需求和用電安全，表明對適航條款的符合性。

1 "適航要求

2014年，中國民用航空管理局頒發了《關于在適航檢查中增加電氣負載分析文件要求的通知》的民航電報，文件指出：電氣負載分析文件是航空器制造人或改裝人為航空運營人提供的文件，是運營中航空器的加改裝方案評估工作中的重要文件；同時要求在航空器適航檢查中，航空運營人應向局方提供電氣負載分析文件（包括初始文件和更改文件）。

適航規章方面，與正常類旋翼航空器的電氣負載分析關聯最大的適航條款為CCAR 27.1351（a），此條款具體內容如下。

（a）電氣系統容量 "電氣系統必須符合其預定的用途。此外，采用下列規定：

（1）電源及其傳輸電纜以及有關的控制、保護裝置必須能夠向安全運行所必不可少的每個負載電路以適當的電壓供給所需的電功率。

（2）必須用電氣負載分析或電氣測量來表明符合（a）（1）的要求。在電氣負載分析或電氣測量時要考慮用在該電氣系統的各種電氣負載可能的組合和持續時間。

針對適航要求，在通過電氣負載分析的方法對所選擇的電源系統的容量是否滿足整機負載的用電需求進行驗證時，應計算出航空器全機用電設備在各個不同飛行狀態及可能的工作時間下的用電量，并與計算出的電源系統容量進行比較，以表明：①發電系統的容量應能分別在雙（多）發供電、單發供電滿足各飛行狀態的全機負載的用電需求；②應急電源的容量應能滿足在VFR下的旋翼航空器至少5 min的用電需求，對于A類旋翼航空器，應能滿足全機重要負載至少30 min的用電需求。③任一電源的失效或故障不會造成危險或損害其余的電源向重要負載供電的能力。

對于發電系統容量計算，應根據旋翼航空器預期的用途，留有足夠的余量，以便后續客戶化改裝。作為應急電源的蓄電池，其容量的計算應考慮使用損耗及充電不足的影響。

2 "分析過程與方法

2.1 分析過程

首先對直升機工作狀態和負載工作時間區段進行劃分；然后以具有獨立功能的用電設備為單元，統計其在各個工作狀態下的工作時間和功率，形成匯流條負載表；最后計算所有用電設備在直升機的各種工作狀態下、各時間區間的總負載，形成負載分析表。當發現電路負載超過保護器、匯流條、電源的許用值時，需更改方案并重新分析，以確保容量滿足負載要求。

2.2 "飛行階段劃分

根據GJB 860A—2006《飛機電氣負載和電源容量分析》對飛行階段進行劃分，明確在不同飛行階段設備的用電情況。根據輕型民用直升機運行特點，飛行階段一般可劃分為開車、起飛和爬升、巡航、懸停、著陸及應急狀態。

2.3 "工作時間劃分

對機載設備工作時間統計，一般把時間按“5 s”“5 min”和“連續”作為時間區間進行采集與負載分析。如果設備工作時間小于0.3 s，視0處理；設備負載的工作時間超過0.3 s，進行5 s分析； 設備負載的工作時間超過5 s，進行5 min分析和5 s分析；設備負載的工作時間超過5 min，進行連續分析、5 min分析和5 s分析。

在上述某時間區間內， 設備工作時間選取原則如下。

1）單次工作的設備， 取設備工作的時間。

2）周期性工作的設備， 取一個周期內工作時間。

3）間斷工作的設備， 每次工作時的持續時間不一致， 取持續時間最長的那次工作時間。

2.4 "同類設備說明

對于在某一個飛行階段， 同類的各個設備可能分別以不同的功率工作，或者同類的各個設備可能工作時間不同，因此對于同類設備的每個用電負載都應列出并給予明確，除非工作狀態完全相同。

2.5 "電氣負載分析

在加裝直流/交流負載時，要分析和驗證斷路器/熔斷器、匯流條、上級匯流條、二次電源是否過載或超過設計容量；在加裝交流負載時，還要考慮該負載的相數、功率因數、負載平衡要求等。最后還應計算總負載，以分析和驗證發電機是否過載或超過設計容量。

每項負載分別按各個工作狀態下規定的3種時間區間進行計算，填入負載分析表。對于直流用電設備的負載使用直流電流或功率表示，單位為安培（A）或瓦（W）；交流用電設備負載使用視在功率， 即有功功率與無功功率向量和， 單位為伏安（VA）。

3 "加裝設備ELA

3.1 "噴灑設備供電原理

噴灑設備電氣控制部分主要由配電盒、開關控制盒、電磁閥、藥量傳感器和液壓拋放設備組成。電源采用機上28 V直流電，配電盒由接觸器與斷路器組成，提供電路控制與保護功能。開關控制盒中裝配3個開關與2個指示燈，安裝在駕駛桿手柄上，供飛行員控制電路與觀察狀態。泵開關打開并啟動汽油機噴灑泵后，當噴灑開關撥至“噴灑”位時，電磁閥作動，噴灑管路接通，藥液通過噴桿輸送至噴頭霧化后噴出，實現藥液噴灑，此時表示處于噴灑狀態的綠色指示燈點亮；當噴灑開關撥至“攪拌”位時，攪拌管路接通，藥液進入藥箱實現攪拌循環，此時綠色指示燈熄滅；當藥箱中藥液低于一定刻度時，藥量傳感器輸出信號至紅色指示燈，燈點亮表示藥液將盡的告警信息，飛行員應立刻控制泵開關關閉噴灑泵，停止作業，直升機返航。在應急情況下需要對直升機減重降落時，操作拋放開關，藥箱底部拋放門打開，可實現液體排放，松開開關后自動復位。

原直升機平臺正常供電設備為一臺6 kW的起動發電機，應急供電設備為一臺15 Ah蓄電池。噴灑設備的應急拋放裝置屬于大功率負載，為減小對斷路器板的影響，整套設備采用直接從電氣設備盒J7端口（內部配備50 A難熔熔斷器）接線的方式，由主匯流條供電?？傮w供電原理如圖1所示，虛線框內為噴灑設備電路，虛線框外為機上電源系統電路。

3.2 "全機負載分析

加裝的噴灑設備正常工作在日間巡航階段，但仍選擇原平臺負載最大的工作狀態進行累加分析計算，以確保在各種預期的飛行狀態下實現預期功能。根據基準狀態電源系統負載分析報告文件，日航時的機上負載電流最大連續值為84.59 A，2 min最大短時狀態值為118.64 A。

加裝噴灑設備后，主匯流條新增電氣負載見表1，其中拋放裝置在正常狀態不工作，額定電流17 A，實驗表明拋放工作時間在20 s內，啟動電流最大為45 A，持續時間小于1 s。因此改裝狀態的機上負載電流最大連續值為88.13 A，2 min最大短時狀態值為139.18 A，5 s最大短時狀態值為167.18 A。

表1 "新增電氣負載統計表

3.3 "電纜載荷分析

選擇合適的線規不僅關系到直升機的安全，也能減輕直升機的重量，選擇的線規過小會導致電流過載，線規過大會增加直升機重量，選擇線規時需考慮如下因素。

1）線規的大小應與電路斷路器的額定電流值相匹配。

2）導線的線規要能夠承載要求的電流而不會導致過熱現象的發生。

3）在選擇線規時需要綜合考慮導線的長度使其不會導致壓降超過設備的允許壓降。

依據HB 5795—1982《航空導線載流量》要求與導線性能參數進行線規選型，本項目負載電流小于2 A的電路選用普通AMG22線規，拋放設備供電選用普通AMG12線規。一般條件下的載流量根按式（1）計算

I=IdKahKg ， "（1）

式中：I為一般條件下的載流量，A；Id為導線的單根載流量，A；Kah為成束修正系數；Kg為高度修正系數。

以AMG12線規舉例分析，導體截面積為3.0 mm2，最高工作溫度為200 ℃，20 ℃時導體電阻為6.2 Ω/km。查詢標準Id=29 A，Kah=0.88（按2根成束），Kg=0.83（按6 000 m高度），求得I=21.2 A，滿足額定負載17 A的需求。

根據歐姆定律U=IR進行電壓降的計算，拋放設備供電正負線總長度約為7.8 m，電壓降U=17×6.2×0.007 8≈0.82 V，符合型號技術規范以及用電設備對電壓降的要求。

3.4 "保護器載荷分析

機載電氣設備盒功能為對電源進行控制、保護與能量分配，其中外端接線柱J7與內部規格為50 A的難熔熔斷器連接，熔斷器典型特性如圖2所示。新增電路負載值短時最大為48.54 A，在熔斷器正常保護范圍內。

配電盒中斷路器根據各用電負載需求進行降額配置，所接的最大負載小于器件額定負載的85%，避免造成斷路器過載，保證容量滿足設計要求。

3.5 "匯流條載荷分析

噴灑設備電源線連接在主匯流條上，原型機主匯流條設計容量為200 A，由3.2節計算可知，改裝狀態的機上負載電流未超過主匯流條設計容量。

3.6 發電機載荷分析

原型機由一臺6 kW的起動發電機正常供電，額定電流200 A，具備1.5倍過載運行2 min與2倍過載運行5 s的能力。新增噴灑設備后，連續工作區間電源容量裕度為

（200-84.59-3.54）/200×100%≈55.9%。

基本型機電源系統負載分析報告采用2 min工作區間進行分析，此區間電源最大過載發電能力為300 A，按額定值計算改裝后電源容量裕度為

（200-118.64-20.54）/200×100%≈30.4%。

5 s工作區間電源最大過載發電能力為400 A，按額定值計算改裝后電源容量裕度為

（200-118.64-48.54）/200×100%≈16.4%。

因此，在不同的工作狀態下發電機均有足夠的容量裕度，滿足負載供電要求。

3.7 "應急電源載荷分析

應急電源容量分析是直升機ELA分析的重要組成，蓄電池作為直升機起動與發電機失效情況下的應急電源，應具有足夠的容量，在應急情況下持續向重要負載供電以保證直升機安全著陸。

原直升機平臺配備一臺15 Ah蓄電池，滿足直升機起動與應急供電15 min的需求。加裝的噴灑設備具備一個系統總開關，位于駕駛桿處的開關控制盒上，應急供電情況下，飛行員可手動關閉噴灑設備，不會對原直升機平臺應急供電產生影響。

4 "結束語

ELA分析是直升機改裝中的重要工作，總體來說，就是基于原型機的電氣負載文件，將改裝后的全機負載數據合并分析，并且根據電源容量進行裕度計算，確保負載增加不會引起電氣過載，并形成報告文件提供給客戶，保證ELA數據準確反應當前直升機的實際狀態，保證運行安全。

本文在分析適航要求的基礎上，研究電氣負載分析一般流程，完成了某型直升機加裝噴灑設備電氣負載分析。計算可知，改裝后的整機用電負載在保護器件、匯流條、主電源、應急電源的供電性能范圍內，正常工作狀態下各時間區間的電源容量裕度均大于16%。因此，該型機電源系統可以滿足加裝噴灑系統用電設備需求，設計合理可行，驗證了對適航條款的符合性。

參考文獻：

[1] 李振國.民用飛機電氣負載分析[J].民航學報裝備，2020，4（5）：90-95.

[2] 鄭博峰，金鐳，胡濤．輕型運動飛機電氣負載和電源容量分析方法研究[J]．航空標準化與質量，2017（5）：51-53，7.

[3] 陳雯，唐大鵬．機載系統的電氣負載分析方法研究[J]．中國高新技術企業，2016（26）：7-8.

[4] 李建超，邵婧．飛機電氣負載分析文件及其更新的研究[J]．航空維修與工程，2015（11）：37-40.

[5] 正常類旋翼航空器適航規定：CCAR-27-R2[S]．2017.