某型飛機(jī)負(fù)載分配均衡性研究?

（91697部隊 青島 266000）

1 引言

自20世紀(jì)40年代以來，世界各國在飛機(jī)電氣系統(tǒng)的研究方面變得日趨先進(jìn)和完善，理論水平和實踐應(yīng)用都有了質(zhì)的飛躍和提高［1］，飛機(jī)性能不斷提高的同時，飛機(jī)機(jī)載用電設(shè)備也越來越復(fù)雜和完善，這意味著對飛機(jī)供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和均衡性都提出了更高的要求，我們采用環(huán)形配電系統(tǒng)的配電方案，使運(yùn)X飛機(jī)原有供電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)的分布結(jié)構(gòu)作重新分布和設(shè)計，使用電設(shè)備從多個方向獲得電源輸入，同時使供配電回路采用真空接觸器或者環(huán)網(wǎng)開關(guān)進(jìn)行控制，在供配電過程中，當(dāng)出現(xiàn)供電故障時，要求環(huán)網(wǎng)開關(guān)具有自動連接和斷開功能以達(dá)到配電網(wǎng)能夠具備一定的容錯和重構(gòu)能力［2］。

運(yùn)X飛機(jī)共有八臺發(fā)電機(jī)為其供電，我們?nèi)我膺x取兩臺發(fā)電機(jī)進(jìn)行分組并聯(lián)，當(dāng)向機(jī)載用電設(shè)備供電時，若兩臺發(fā)電機(jī)輸出電流不同必然導(dǎo)致負(fù)載分配不均衡，當(dāng)差值大于臨界值時，可能會導(dǎo)致一臺發(fā)電機(jī)過熱而損壞。找到兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)供電時的負(fù)載分配均衡性條件，會大大提高供電可靠性和安全性［3］。

2 配電系統(tǒng)形式

現(xiàn)代飛機(jī)的快速發(fā)展對供配電系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求越來越高，飛機(jī)配電系統(tǒng)到目前為止總共經(jīng)歷過三種形式的變化，一是常規(guī)配電系統(tǒng)，二是遙控配電系統(tǒng)，三是電氣多路傳輸配電系統(tǒng)［4］。三種配電系統(tǒng)在應(yīng)用過程中各有利與弊，總的來說，電氣多路傳輸配電系統(tǒng)更適合現(xiàn)代飛機(jī)高速發(fā)展的配電需要，因為它采用了較先進(jìn)的分布式配電方法，其應(yīng)用范圍也越來越廣，它主要由數(shù)據(jù)處理機(jī)、發(fā)電機(jī)控制裝置及總線等組成，同時該配電系統(tǒng)形式主要以計算機(jī)作為控制方式，這樣就極大的簡化了飛行員和空勤人員的操作程序和步驟，節(jié)省了大量人力資源，同時為機(jī)務(wù)人員維護(hù)飛機(jī)提供了極大的方便，以運(yùn)X飛機(jī)為應(yīng)用背景，采用分布式環(huán)形配電系統(tǒng)對飛機(jī)負(fù)載進(jìn)行配電，能夠極大的提升飛機(jī)供配電系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時能在最大程度上提高了飛機(jī)的容錯和重構(gòu)能力。確保飛機(jī)安全可靠［5］。

圖1 某型飛機(jī)環(huán)形配電系統(tǒng)示意圖

配電系統(tǒng)采用環(huán)形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用電匯流條能從兩個或兩個以上方向獲得電能，這樣能保證對飛機(jī)各部分可靠地輸配電能并管理各類電氣負(fù)載并保護(hù)機(jī)載設(shè)備［6］。環(huán)網(wǎng)由電纜、匯流條、配電板、負(fù)載及多個繼電器構(gòu)成，由于繼電器中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠?qū)Ρ豢刂齐娐穼崿F(xiàn)通斷，因此可以有效地實現(xiàn)環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)來提高容錯水平。圖1為運(yùn)X飛機(jī)環(huán)形配電系統(tǒng)示意圖，從圖中可以看出，環(huán)網(wǎng)的主電源由F1-F8組成，此八臺發(fā)電機(jī)由主發(fā)動機(jī)驅(qū)動，其中，單發(fā)的容量值為12kW，飛機(jī)直流供電電壓為27V，環(huán)網(wǎng)中的輔助發(fā)電機(jī)APU為整個系統(tǒng)提供輔助電源供電［7］，飛機(jī)在地面工作時，外電源通過1號和2號插座對整個環(huán)網(wǎng)匯流條進(jìn)行供電，飛機(jī)蓄電池在飛機(jī)主電源不工作或者一些特殊情況發(fā)生時作為應(yīng)急電源對飛機(jī)上的能夠保證飛機(jī)安全降落的負(fù)載進(jìn)行不間斷供電。

3 影響負(fù)載分配均衡性的關(guān)鍵因素

以環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)為切入點(diǎn)，配電網(wǎng)中的單組并聯(lián)發(fā)電機(jī)為相應(yīng)匯流條進(jìn)行供電，總?cè)萘繛?4kW，如果供配電系統(tǒng)可靠且無故障，能夠保證負(fù)載供電的均衡性，當(dāng)輸出電流出現(xiàn)偏差超出一定范圍時，負(fù)載得到的輸入必然不同，如果超過極限值，將會損壞其中一臺發(fā)電機(jī)，這樣將大大降低飛機(jī)的可靠性和安全性［9］。兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)供電的原理電路圖如圖2所示，由圖可知：

圖2 兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)供電原理電路

式中U代表16、1、2、3匯流條總電壓，U2和U5為供電發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)電壓，R2a和R5a分別表示兩臺發(fā)電機(jī)的電阻，I2和I5為兩臺發(fā)電機(jī)的輸出電流，I和R分別為負(fù)載電流和負(fù)載電阻［10］。

假設(shè)兩臺發(fā)電機(jī)的調(diào)壓器為有差調(diào)節(jié)，系數(shù)分別為K2和K5，則有

U20和U50分別為發(fā)電機(jī)的空載電壓。整理得

通過相關(guān)計算可知，影響飛機(jī)負(fù)載分配均衡性的關(guān)鍵因素主要有以下幾個方面：一是發(fā)電機(jī)的正線電阻；二是空載電壓；三是發(fā)電機(jī)調(diào)壓器的坡率系統(tǒng)［11］。

4 負(fù)載均衡分配方法設(shè)計實現(xiàn)

無論是電氣多路傳輸供電系統(tǒng)，還是分布式環(huán)形配電系統(tǒng)，同時滿足正線電阻相等、空載電壓相同及發(fā)電機(jī)調(diào)壓器坡率相等很難，依托運(yùn)X飛機(jī)，我們可以設(shè)計一個晶體管調(diào)壓器電路，其均衡電路模型如圖3所示。

圖3 帶晶體管調(diào)節(jié)器的并聯(lián)供電系統(tǒng)均衡回路

R24表示負(fù)載均衡電路的均衡敏感電阻，兩個均衡敏感電阻的一端接發(fā)電機(jī)F2和F5的負(fù)端A和B兩點(diǎn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出負(fù)載不同，如果此時I2大于I5，當(dāng)均衡電路接通時，均衡敏感電阻上的壓降將使得F1發(fā)電機(jī)調(diào)壓器敏感點(diǎn)的電壓Ua2升高，末級功率管的導(dǎo)通比減小，平均激磁電流減小，F(xiàn)1發(fā)電機(jī)電壓降低，輸出電流I2減小；同樣的對于F5發(fā)電機(jī)的這些參數(shù)將會升高，最終將使得電流差ΔI=I2-I5減?。?2］。

以γ表示均衡靈敏系數(shù)，經(jīng)大量數(shù)據(jù)驗證和計算，最終得到

式（6）、式（7）表明，在飛機(jī)供配電過程中若使得負(fù)載均衡配電，必須同時滿足以下四個條件：

一是兩臺發(fā)電機(jī)的正線電阻相等即R+1=R+2；

二是兩臺發(fā)電機(jī)的空載電壓相等即R10=R20；

三是兩個調(diào)壓系統(tǒng)的坡率系數(shù)相同即k1=k2；

四是并聯(lián)供電系統(tǒng)的兩個均衡靈敏系數(shù)相等即γ1=γ2。

5 結(jié)語

在后續(xù)的學(xué)術(shù)研究或?qū)嵺`應(yīng)用中，應(yīng)注重確保兩臺發(fā)電機(jī)的正線電阻、兩臺發(fā)電機(jī)的空載電壓、兩個調(diào)壓系統(tǒng)的坡率系數(shù)及并聯(lián)供電系統(tǒng)的兩個均衡靈敏系數(shù)相同，這四個必要條件滿足后，在低壓直流小區(qū)域多電源多負(fù)載特殊環(huán)境下的配電系統(tǒng)中，應(yīng)用繼電保護(hù)技術(shù)完成故障隔離與配電系統(tǒng)重構(gòu)對于拓展繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用有著積極的意義。