飛機配電系統(tǒng)" title="配電系統(tǒng)">配電系統(tǒng)是飛機供電系統(tǒng)的一個重要組成部分,，由電網(wǎng),、配電裝置和電網(wǎng)保護裝置組成，其功能是實現(xiàn)電能的傳輸,、分配和管理,。到目前為止，國內(nèi)外飛機的配電系統(tǒng)經(jīng)歷了3種結(jié)構(gòu)形式的變化：常規(guī)配電系統(tǒng),、遙控配電系統(tǒng)和電氣多路" title="多路">多路傳輸?shù)娘w機配電系統(tǒng),。常規(guī)配電系統(tǒng)中，它要求饋電線必須先從發(fā)電機敷設(shè)到駕駛艙,，再從駕駛艙返回到機身的負載,。因此，其主饋電線長而且重,，需要大量的斷路器,、開關(guān)
和指示燈，使得飛機駕駛艙內(nèi)十分擁擠,，給維護和檢修工作帶來很大困難,。遙控配電系統(tǒng)采用對不用于座艙的那部分電力進行遙控的方法，配電中心位于機身中部,，采用遙控斷路器來轉(zhuǎn)換負載和配電線,，由于大部分電力線不需要敷設(shè)到駕駛艙，因而可大大減輕電網(wǎng)重量,，但這種配電系統(tǒng)還是一種集中式的結(jié)構(gòu),，存在離散控制線過多、自動化程度不高等問題,。電氣多路傳輸系統(tǒng)是一種計算機控制的分布式配電系統(tǒng),，它由數(shù)據(jù)處理機、總線,、發(fā)電機控制裝置,、匯流條管理器、負載管理中心,、遠置終端,、固態(tài)功率控制器、控制顯示負載裝置等部件組成,。這種配電系統(tǒng)主要具有以下突出優(yōu)點：1)采用分布式配電,，極大減輕配電系統(tǒng)的重量；2)計算機控制技術(shù)的應(yīng)用,，減輕了飛行人員的操作負擔(dān),，自動化程度較高；3)系統(tǒng)具有較強的容錯" title="容錯">容錯和重構(gòu)能力,。但該系統(tǒng)仍存在著以下缺點：1)這種容錯和重構(gòu)能力是沒有冗余的,，在總線被破壞后便喪失；2)其分布式的配電只是相對而言的,，分布程度由匯流條管理器的分布和數(shù)量決定,。針對電氣多路傳輸系統(tǒng)存在的問題，對飛機配電系統(tǒng)進行研究,。本文所研究的新型配電系統(tǒng)采用的是分布式環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)" title="配電網(wǎng)絡(luò)">配電網(wǎng)絡(luò),，而且配電線路無通道自動繼電保護技術(shù)的利用能夠快速恢復(fù)非故障區(qū)的供電，很好地解決了電氣多路傳輸技術(shù)中存在的問題,。

1 配電系統(tǒng)總體方案的設(shè)計
    在充分借鑒和吸收國外先進飛機配電系統(tǒng)的技術(shù)的基礎(chǔ)上,，針對X型飛機的特點和技術(shù)要求，進行分析和論證,，從而確立總體的設(shè)計方案,。配電系統(tǒng)由開環(huán)運行的分布式環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)和配電線路無通道保護繼電器(DAP)構(gòu)成。配電系統(tǒng)的開環(huán)處設(shè)置環(huán)網(wǎng)開關(guān),，用以實現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu),。在配電線路負載連結(jié)點兩側(cè)設(shè)置斷路器和保護繼電器，用以實現(xiàn)故障隔離,。本文研究過程中視上述裝置和組件完全可靠,。分布式環(huán)形配電方案如圖1所示。



2 用電設(shè)備的接入
    隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展,，機載用電設(shè)備的種類和數(shù)量也在不斷增加,。按照其所實現(xiàn)的特定功能，飛機上的用電設(shè)備可以分為以下幾類：
    1)發(fā)動機和飛機的操縱控制設(shè)備,，如發(fā)動機的起動,、噴油、點火設(shè)備,，發(fā)動機推力或轉(zhuǎn)速控制設(shè)備,，飛機儀表、飛行控制,、導(dǎo)航,、通信和燃油控制供給設(shè)備，起落架收放和艙門啟閉系統(tǒng)等,；
    2)機上人員工作和生活設(shè)備,，如座艙環(huán)境控制系統(tǒng)、照明與加溫設(shè)備,、氧氣設(shè)備,、安全與救生設(shè)備等；
    3)完成任務(wù)所需的設(shè)備，這與飛機的類型,、用途有關(guān),，如軍用飛機有火力控制設(shè)備、投彈瞄準設(shè)備,、照明偵察設(shè)備等,，民用飛機有客艙照明和廚房設(shè)備等。
    用電設(shè)備一般按照其實現(xiàn)功能的性質(zhì)及其重要性進行分類,，以確定其獲得電能的質(zhì)量要求和優(yōu)先等級,。按其重要性分可分為3類：1)關(guān)鍵用電設(shè)備，為保證飛機飛行安全所必需的用電設(shè)備,。在飛機上飛行關(guān)鍵負載都是冗余的,，單個負載的失效不會導(dǎo)致系統(tǒng)功能的損失，也不會對飛機造成威脅,；2)重要用電設(shè)備,，為完成特定飛行任務(wù)所需的用電設(shè)備。如機上的雷達設(shè)備,、通信設(shè)備等,。飛機上的多數(shù)電氣負載都屬于重要用電設(shè)備，大多數(shù)的重要用電設(shè)備是硬件冗余或功能冗余的,；3)一般用電設(shè)備,，飛機上除了關(guān)鍵用電設(shè)備和重要用電設(shè)備之外的用電設(shè)備，如照相閃光燈裝置,、尾翼防冰裝置等,。
    根據(jù)X型飛機的平臺系統(tǒng)資料，考慮其負載的供電類型以及負載的大小,，并結(jié)合負載所在的位置,，將其主要的用電設(shè)備接入配電網(wǎng)中，如圖2所示,。圖中虛線框設(shè)備為關(guān)鍵用電設(shè)備,，并采用雙線供電方式。



3 多電源接入點的確定
    配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式對整個電氣系統(tǒng)的體積和重量,、繼電器的數(shù)量與位置,、容錯的等級以及供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性都有重要的影響。因此,，求解一個較優(yōu)的容錯供電系統(tǒng)拓撲是配電系統(tǒng)研究中需要解決的關(guān)鍵問題之一,。按照先進飛機系統(tǒng)航空電子計劃的要求，現(xiàn)代飛機要求供電系統(tǒng)在發(fā)生1次故障時,，仍能向任一機上用電設(shè)備供電,；在發(fā)生2次故障時,，仍能向任一重要用電設(shè)備供電；在發(fā)生3次故障時,，仍能向任一關(guān)鍵用電設(shè)備供電,。這些故障可能發(fā)生在同一供電通道的不同元件上，也可能發(fā)生在不同供電通道上,，也可能是上述兩種情況的組合,。由此可見，只有四余度的供電系統(tǒng)才能滿足容錯供電的要求,。
    該平臺機型的直流主電源系統(tǒng)由4臺發(fā)動機驅(qū)動的8臺直流發(fā)電機及其控制裝置構(gòu)成，單機容量12 kW,。交流主電源系統(tǒng)由4臺發(fā)動機驅(qū)動的4臺單相交流發(fā)電機及其控制裝置構(gòu)成,，單機容量lO kW。二次電源系統(tǒng)由2臺單相變流器和l臺三相變流器構(gòu)成,。應(yīng)急電源由4,、5號直流發(fā)電機和4組蓄電池構(gòu)成。直流配電網(wǎng)絡(luò)電壓為28．5 V,，由主電路,、備用電路和應(yīng)急電路3部分組成。蓄電池供電時,，網(wǎng)絡(luò)電壓為24 V,。配電采用單線制，飛機機體作為負線回路,。單相交流配電網(wǎng)絡(luò)電壓115 V／400 Hz,，由主電路和應(yīng)急電路組成。配電采用單線制,，飛機機體作為負線回路,。三相交流配電網(wǎng)絡(luò)電壓36 V／400 Hz，三線制供電,，飛機機體作為中線回路,。由于該機載設(shè)備主要以直流形式用電，因此本文主要研究其直流配電系統(tǒng),。
    本文將采用多電源分組并聯(lián)的接入方式來實現(xiàn)容錯要求,。分組并聯(lián)供電運行方式是指主電源正常運行時，發(fā)電機分組并聯(lián),，各并聯(lián)組之間又可以轉(zhuǎn)換供電運行方式,。這種運行方式的優(yōu)點是：1)電氣負載在并聯(lián)發(fā)電機之間均勻分配，發(fā)電機的容量得到充分利用,；2)一臺發(fā)電機故障,，不會引起用電設(shè)備斷電和供電中斷,，提高了供電可靠性；3)系統(tǒng)容量大,，大功率用電設(shè)備的通斷造成的擾動?。?)并聯(lián)組之間可以相互轉(zhuǎn)換,，便于實現(xiàn)故障隔離和系統(tǒng)重構(gòu),。
    通過對該型飛機相關(guān)負載的詳細分析，結(jié)合上述內(nèi)容和發(fā)電機機上安裝位置,，從而確定8臺發(fā)電機和4組蓄電池的接入點(圖2),，在發(fā)電機和蓄電池與匯流條之間設(shè)置斷路器和DAP，以實現(xiàn)容錯供電和故障隔離,。
    圖2中,，A、B兩根匯流條對前艙關(guān)鍵用電設(shè)備進行供電,，稱之為重要匯流條,。重要匯流條供電是保證重要設(shè)備獲得電能的供電路徑，飛機上任何通道的主電源都能向重要匯流條供電,。對可以轉(zhuǎn)換供電方式的供電系統(tǒng),，其某一個主電源發(fā)生故障，與該電源連接的重要匯流條將自動轉(zhuǎn)換到其他正常運行的發(fā)電機供電端,。對并聯(lián)供電運行方式的系統(tǒng),，只要飛機還有一臺主電源正常，則重要匯流條仍應(yīng)具有供電能力,。此時,，非重要用電設(shè)備則要自動或手動卸載，以保證重要設(shè)備的用電需求,。圖中匯流條C即為應(yīng)急匯流條,，它是保證關(guān)鍵設(shè)備獲得電能的供電路徑，機上任何電源都能向應(yīng)急匯流條進行供電,。當(dāng)主電源全部失效時,，需工作的關(guān)鍵用電設(shè)備將自動轉(zhuǎn)換到應(yīng)急匯流條，以獲得電能,。
    由上可知,，圖中關(guān)鍵用電設(shè)備均各有兩套獨立的電源F2和F5、F3和F8對其進行供電,，F(xiàn)1,、F4、F6,、F7為備用電源,，當(dāng)主電源和備用電源均失效時,，應(yīng)急電源蓄電池保證對其供電。現(xiàn)就前艙局部電網(wǎng)來說：
    1)若F5的輸電線路短路,，斷路器1應(yīng)動作,，隔離配電網(wǎng)與短路點，A,，B線路上的其他斷路器應(yīng)不動作,。F2與斷路器5具有相同的工作原理；
    2)若線路A短路,，斷路器2和3應(yīng)動作,，隔離短路點，線路上的其他斷路器應(yīng)不動作,；
    3)若線路B短路,，斷路器3和4應(yīng)動作，隔離短路點,，線路上的其他斷路器應(yīng)不動作；
    4)若F2,、F5停止供電,，則前端環(huán)網(wǎng)開關(guān)應(yīng)閉合，利用F1,、F4,、F6和F7實現(xiàn)對前艙用電設(shè)備的供電；
    5)若F1,、F2,、F4、F5,、F6和F7都停止供電,，則后端環(huán)網(wǎng)開關(guān)應(yīng)閉合，利用F3和F8實現(xiàn)對前艙用電設(shè)備的供電,；
    6)若所有發(fā)電機都停止供電,，6號無通道保護繼電器在感受到A、B匯流條上無電壓時將自動接通1號環(huán)網(wǎng)開關(guān),，由應(yīng)急電源蓄電池實現(xiàn)對前艙關(guān)鍵用電設(shè)備的供電,。以上斷路器及環(huán)網(wǎng)開關(guān)的動作均由配電線路無通道保護系統(tǒng)(DAP)自動控制，在此不作詳細介紹,。
    綜上所述,，前艙的關(guān)鍵用電設(shè)備達到了四余度的供電要求。同時,，相關(guān)的任務(wù)系統(tǒng)等重要用電設(shè)備采用三余度供電" title="余度供電">余度供電方式,，由2套主電源和1套備用電源供電,，用電設(shè)備的供電通道可選擇。尾翼防冰等一般用電設(shè)備由主電源供電,，一套主電源故障時可以轉(zhuǎn)換到另一套主電源供電,。

4 結(jié)束語
    本文所研究的分布式環(huán)形飛機配電系統(tǒng)具有可靠性高，維修性好,，質(zhì)量輕等優(yōu)點,，并很好地解決了電氣多路傳輸技術(shù)中存在的問題，使其在未來的航空工業(yè)中具有很好的發(fā)展前景,。在今后的研究工作中,，將依據(jù)此分布式環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，建立可靠性模型并采用合理的算法進行分析計算,，驗證其對關(guān)鍵用電設(shè)備,、重要用電設(shè)備和一般用電設(shè)備的供電可靠性是否達到規(guī)定的要求。