飛機電氣負載管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方式

于躍

摘 要 文章首先對飛機電氣負載的主要類型進行簡要介紹，在此基礎(chǔ)上對飛機電氣負載管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方式進行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)︼w機供電系統(tǒng)可靠性的提升有所幫助。

【關(guān)鍵詞】飛機 電氣負載 管理系統(tǒng) 設(shè)計實現(xiàn)

1 飛機電氣負載的主要類型

1.1 按重要程度分類

飛機電氣負載的類型相對較多，按照負載在飛機上的重要程度可將其分為飛行負載和任務(wù)負載，其中飛行負載又分為關(guān)鍵和非關(guān)鍵兩種，前者是確保飛行安全所需的用電設(shè)備，若是飛機在飛行的過程中，這些設(shè)備因故障問題而失效，輕則會導(dǎo)致飛行任務(wù)中止，嚴重時可能造成飛機損毀，故此，該負載必須有冗余備份；后者則是指除關(guān)鍵飛行負載以外的其它用電設(shè)備。任務(wù)負載是飛機完成特定任務(wù)所需的用電設(shè)備，如果這部分設(shè)備的功能失效，飛機將無法完成預(yù)先設(shè)定好的任務(wù)。

1.2 按用電類型分類

根據(jù)用電類型的不同，可將飛機負載分為直流和交流兩類，前者是指由28V直流匯流條進行供電的負載；后者則是指由115V或400Hz交流匯流條進行供電的負載。

1.3 按供電對象分類

根據(jù)供電對象的不同，可將飛機電氣負載細分為兩類，一類是大功率負載另一類是一般負載。前者具體是指直流電流大于15A、交流電流大于7.5A的負載，它們?nèi)坑芍髋潆娭行牡膮R流條通過機電式功率控制器進行直接供電；后者則是指直流電流小于15A、交流電流小于7.5A的負載，它們由電氣負載管理中心的匯流條通過固態(tài)功率控制器進行供電，飛機上的絕大部分負載歸屬于此種情況。

2 飛機電氣負載管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方式

2.1 系統(tǒng)的總體方案

飛機上的電氣負載管理系統(tǒng)需要為關(guān)鍵飛行和關(guān)鍵任務(wù)負載提供電能，由于這些負載對供電可靠性的要求較高，因此，要配備多個供電電源。如果電氣遠程終端出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致電氣負載管理系統(tǒng)無法為飛機上的全部負載進行供電，加之電氣遠程終端的可靠性并不是很高，所以本次設(shè)計決定采用雙系統(tǒng)的方案，即配置兩個電氣負載管理系統(tǒng)對飛機上的全部負載進行供電，每個系統(tǒng)負責(zé)的負載數(shù)量相同。采用這種設(shè)計方法，除了可以降低電氣負載管理系統(tǒng)的復(fù)雜程度之外，還能滿足飛機對負載運行的可靠性要求。在飛機的整個配電系統(tǒng)當(dāng)中，電氣負載管理系統(tǒng)是較為重要的組成部分之一，其主要負責(zé)接收供電請求，并對負載與及匯流條的運行狀態(tài)進行實時采集，通過解算之后，求出控制代碼，再經(jīng)由局部總線傳給固態(tài)功率控制器，進而實現(xiàn)對負載供電的控制，為飛機上配電自動化的實現(xiàn)提供保障。電氣負載管理系統(tǒng)的控制如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

本文所設(shè)計的系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思路，整個系統(tǒng)由以下模塊組成，即電源、電氣遠程終端、負載監(jiān)控和通信。

2.2.1 電源模塊

在該系統(tǒng)中，電源具有非常重要的作用，具體設(shè)計時，除了要確保功率符合系統(tǒng)運行需要之外，還應(yīng)對電平及抗干擾等問題予以充分考慮。電源模塊單獨置于一塊板卡上，利用總線與底板總線進行連接，為系統(tǒng)的其它模塊進行供電。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟性比選之后，最終選定Vicor公司出品的電源模塊，其采用的是當(dāng)前較為先進的零電流開關(guān)技術(shù)，工作效率可以達到90%左右，可靠性高。

2.2.2 電氣遠程終端

該模塊是飛機電氣負載管理系統(tǒng)的重要組成部分之一，是系統(tǒng)的智能處理中心。在該模塊的設(shè)計中，選用了國內(nèi)某公司自主研發(fā)的產(chǎn)品，Gene-4312模塊，其最高運行速率能夠達到3000MHz，內(nèi)存可擴展，由看門狗定時器，自帶16位PC/104插槽。

2.2.3 負載監(jiān)控模塊

該模塊主要是從電氣遠程終端獲得固態(tài)功率控制器的控制輸入及其相關(guān)的狀態(tài)信息，并將之傳送給PSP。在該模塊的設(shè)計中，固態(tài)功率控制器單板是關(guān)鍵。固態(tài)功率控制器簡稱SSPC，它是一種無觸點的開關(guān)設(shè)備，可取代繼電器，響應(yīng)速度快、電磁干擾小、使用壽命長是其較為突出的優(yōu)點。本次設(shè)計選用了國內(nèi)某公司自主研發(fā)的MASPC115M系列SSPC。

2.2.4 通信模塊

該模塊主要負責(zé)對PSP發(fā)出的命令數(shù)據(jù)進行接收，并將系統(tǒng)的狀態(tài)信息傳給PSP。飛機上最為常用的系統(tǒng)總線有兩類，即ARINC429和MIL-STD-1553B，前者在商用運輸機中的應(yīng)用較多，后者在軍用飛行器中的應(yīng)用較為廣泛，這是因為后者的容錯性更高。因此，本次設(shè)計決定采用MIL-STD-1553B作為通信模塊。

2.2.5 機箱

本系統(tǒng)采用的是封閉式結(jié)構(gòu)的機箱，內(nèi)部為總線底板+功能板卡的布局形式。機箱上自帶通風(fēng)設(shè)備，風(fēng)扇分布于機箱底側(cè)向上吹風(fēng)，由此可以使機箱內(nèi)部所有功率器件的散熱性得到有效保證。同時，該機箱的電磁兼容性較高，并且具有良好的可擴展性，便于板卡的更換。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用的是結(jié)構(gòu)化設(shè)計思路，系統(tǒng)的軟件分為執(zhí)行和應(yīng)用兩個部門，前者主要是為系統(tǒng)提供一個多任務(wù)的運行平臺，后者則是以前者為基礎(chǔ)，對飛機的電氣負載進行控制與管理，并與PSP進行通信。本系統(tǒng)選用的是實時操作系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)的內(nèi)核源代碼公開，因此，能夠按照實際需要對代碼進行修改，從而使應(yīng)用變得更加靈活。系統(tǒng)的CPU為PC104，執(zhí)行軟件在DOS上運行，無需開發(fā)BSP，簡化了軟件設(shè)計流程。

3 結(jié)論

綜上所述，飛機電氣負載管理系統(tǒng)的設(shè)計是一項較為復(fù)雜的工作，由于其中涵蓋的內(nèi)容較多，一旦某個環(huán)節(jié)或是細節(jié)出現(xiàn)問題，都可能對系統(tǒng)的性能造成影響。為此，必須對系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計予以重視，這是確保系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行的前提，也是各項功能發(fā)揮的基礎(chǔ)。

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作者單位

沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司 遼寧省沈陽市 110850endprint