大型飞机改装配电方法研究
摘 要： 大型飞机体积大，需要改装的机载测试设备多且分布广。为了满足机载测试设备的改装配电要求，提出了新的分布式配电方法和电源系统综合管理自动化系统，依据显控中心发出的指令按需对分布的各区域配电。与传统方法进行比较，分布式配电方法具有自动化程度高、供电可靠性强的优点。在飞行试验过程中，解决了大型飞机改装配电的问题，使改装配电系统上了一个新的台阶。
关键词： 大型飞机； 集中式配电； 分布式配电； 电源系统自动化管理
中图分类号： TN911?34； V222 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）12?0042?03
0 引 言
机载用电设备对飞机安全飞行和成功执行任务起着关键或重要的作用，飞机的配电系统的作用是将电源产生的电能传输和分配到飞机各用电设备上去。随着飞机性能的不断提高，机载用电设备越来越多，改装的测试设备上百台件，分布在大约长50 m，宽50 m，高15 m的空间里，要求为其供电的供电系统容量不断增大，使得配电系统的容量猛增[1]，并且对电源的品质和可靠性要求更高。过去飞机改装配电一般采用传统的集中式配电，由一个配电盒向全机的改装测试设备供电，这种供电模式不仅电缆长度和电缆重量将大量增加，而且电源的品质和可靠性也会受到影响。为了适应大型飞机改装配电需要，需要改变传统的集中式配电方法，采用分布式配电和负载自动管理技术。
依据国外先进飞机的研究与实践[2]，如果将飞机分成若干个区域，在每个区域安装一个配电盒。每个配电盒，向该区域的改装用电设备供电，然后通过中央显控平台对各配电盒自动配电，采用这种分布式配电和负载自动管理技术可以提高配电的可靠性，此方法也是大型飞机改装配电系统的趋势。在飞行改装过程中借鉴了国外的经验，采用了分布式配电和负载自动管理技术。
1 传统配电方法简介
飞机配电系统电网重量、可靠性、维修性是评价配电方法好坏的关键[3]。所以进行配电设计时需要重点考虑这几方面的问题。在大飞机配电过程中配电系统的质量是配电系统需解决的一个关键问题。配电系统质量通常是其电源系统质量的好几倍，大型飞机更是这样。减轻配电系统电网重量，可以增加飞机的有效载荷和航程。一般机载设备增加1 kg，飞机就要增加3～4 kg。
1.1 集中式配电方法
集中式配电方法如图1所示。在这种系统中，由电源产生的电能都输送给中心配电装置。这种配电方法的优点是：结构简单、操作维护方便，适用于小型飞机。这种配电方法的缺点是：配电系统质量大，中心配电装置笨重，一旦受到损坏，所有用电设备均断电。
1.3 分散式配电方法
分散式配电方法如图3所示，系统中各发电机不并联运行，即每个电源各自的电源汇流条和用电设备汇流条互不并联，但能转换。分散式配电方法适用于电路分支多，用电设备连接导线截面较大的场合。由于其电源不并联运行，控制保护简单，系统可靠性高。
1.4 几种配电方法比较[4]
工作原理：显控中心是分布式配电的神经中枢，通过双工总线将A、B、C、D区域配电中心、转换控制器连接在一起，实现了电源系统综合管理自动化。
3 系统设计
3.1 左右配电中心
左右配电中心是由若干个断路器、熔断器组成。将发电机汇流条的电能输送到每个区域配电中心，并负责短路、过载保护和故障隔离。
3.2 区域配电中心
区域配电中心是该系统的关键组件，依据该区用电设备的数量和负载电流的大小，选用合适的固态功率控制器。通过RS 485总线与显控中心进行数据传输，依据显控中心发出的指令，固态功率控制器接通或断开负载。故障保护不是热保护方式，而是通过直接检测电流来实现，改善了保护选择性，改变了短路故障引起的后果。提供开关状态信息给显控中心进行显示、控制。
3.3 转换控制器
左配电中心为主系统，右配电中心为辅系统。应急情况下，当检测到主系统发生故障，转换控制器自动将右配电中心转到左配电中心；右配电中心的用电设备将断电[6]。
3.4 显控中心
显控中心用于显示、监控整个配电系统的工作情况，由工控机、显示器、I/O板、监控软件、机柜组成，是该系统的核心组件。监控软件用于监控、管理飞机改装的所有用电设备的用电状态。通过I/O板工控机接收RS 485总线传输的用电设备信息，试飞工程师根据需求输入操作指令，固态功率控制器按指令接通或断开。系统运行时，工控机提供各种加载模式的动态模拟画面、显示各种测量参数、手动软开关及故障报警提示等信息，操作直观简便。除了主画面外，还有多个辅助画面供试飞工程师查阅。
4 分布式配电方法的优点
（1）电网重量轻。配电汇流条设置在用电设备附近，电源至用电设备间的馈电线可取尽量短的路径，并显著地减少了控制线。
（2）具备了容错供电的能力。即供电系统出现故障后仍能向用电设备供电。
（3）实现了负载的自动管理，自动协调电源所能供给的功率和用电设备所需的功率，有效地提高了电源利用率；有秩序地加载与卸载，避免了多个大容量负载同时的突加或突卸，改善了供电品质；减轻了试飞工程师的负担，避免了误操作引起的事故，缩短了负载监控的时间。
（4）固态功率控制器具有接通断开负载、实现故障保护和提供开关状态信息的功能。保护作用通过直接检测电流来实现，而不是热保护方式，改善了保护选择性，改变了短路故障引起的后果。
（5）具有自检测功能。实现地面维护自检和飞行中周期性自检，提高了维修性，提高了飞机出勤率。该系统具有自检测功能，可实现地面维护自检和运行自检，正确地记录与隔离故障，从而显著地改善了使用和维修性，系统信息可以自动或根据需要进行显示，试飞工程师掌握了系统的运行参数、状态信息与故障情况，便于对飞机电气系统进行人工监控。
5 结 语
分布式配电系统已在某大型飞机的改装任务中成功应用。实现了电源系统综合管理自动化，具有传统配电系统无法比拟的若干优点。实践证明，该系统在大型飞机的飞行试验中取得了良好的效果，是一种值得推荐的配电系统。
参考文献
[1] 林文.先进民用飞机电气系统的综合负载模拟器关键技术研究[D].西安：西北工业大学，2006.
[2] 赵卫华.先进飞机电气负载管理中心设计与实现[D].西安：西北工业大学，2004.
[3] 沈颂华.航空航天器供电系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[4] 马常伟.先进飞机电气负载管理技术研究[D].西安：西北工业大学，2007.
[5] 徐景硕，高峰.航空电子综合化系统的发展[J].江苏航空，2001（1）：15?16.
[6] 朱新宇.飞机电源智能监控系统[M].成都：西南交通大学出版社，2002.