多電飛機(jī)電源系統(tǒng)(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1. 多電飛機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)多電飛機(jī)是航空科技發(fā)展的一項(xiàng)全新技術(shù)，它改變了傳統(tǒng)的飛機(jī)設(shè)計(jì)理念，是飛機(jī)技術(shù)發(fā)展的一次革命。美國從20世紀(jì)80年代中到90年代初開始投入了大量的人力和物力，組織開展多電飛機(jī)的研究。該研究涉及發(fā)電、配電、電力管理、電防冰、電剎車、電力作動和發(fā)動機(jī)等多個領(lǐng)域，從航空電力系統(tǒng)的概念出發(fā)，優(yōu)化整個飛機(jī)的設(shè)計(jì)。與全電飛機(jī)略有不同，多電飛機(jī)(More Electric Aircraft，MEA）在用電力系統(tǒng)取代液壓和氣壓系統(tǒng)的過程中，采用電動靜液作動器來操縱飛行控制舵面。電動靜液作動器實(shí)際上是一種分布式的小型電動和電控液壓系統(tǒng)，因而可以說，多電飛機(jī)方案是全

2、電飛機(jī)方案的初級階段。隨著波音787飛機(jī)和空客380飛機(jī)的首飛及投入運(yùn)營，多電飛機(jī)已成為現(xiàn)實(shí)。多電飛機(jī)的特征是具有大容量的供電系統(tǒng)，并廣泛采用電力作動技術(shù)，使飛機(jī)重量下降，可靠性提高，維護(hù)性好，運(yùn)營成本降低。多電飛機(jī)的主要優(yōu)勢簡述如下。（1）多電飛機(jī)使飛機(jī)的電氣系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化影響飛機(jī)電氣系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的因素很多，包括飛機(jī)的類型（民用或軍用運(yùn)輸機(jī)、亞聲速或超聲速飛機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)等）、飛機(jī)的體系結(jié)構(gòu)（發(fā)動機(jī)類型、數(shù)量、具體布局）、電氣負(fù)載總需求及它們之間的互相關(guān)聯(lián)性。圖1.3-1是一種典型的多電民用飛機(jī)電氣系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖。多電飛機(jī)技術(shù)由于采用電力驅(qū)動代替了液壓、氣壓、機(jī)械系統(tǒng)和飛機(jī)的附件傳動機(jī)匣，是飛

3、機(jī)系統(tǒng)的重大創(chuàng)新，它可以節(jié)約飛機(jī)的有效空間，優(yōu)化飛機(jī)的空間布局，有利于飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)，有效提高了飛機(jī)的性能和系統(tǒng)可靠性，使之具有容錯和故障后重構(gòu)的能力。圖1.3-1 多電民用飛機(jī)電氣系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖（2） 多電飛機(jī)簡化了飛機(jī)的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多電飛機(jī)中的二次能源只有電能，使整個動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡化，取消了飛機(jī)的附件傳動機(jī)匣和燃?xì)鉁u輪起動機(jī)，簡化了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)，使飛機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、可靠性高、可維修性好、生存能力強(qiáng)、使用維護(hù)費(fèi)用低、地面支援設(shè)備少，地面設(shè)備和機(jī)上接口也得以簡化。（3）多電飛機(jī)改善了飛機(jī)發(fā)動機(jī)的性能由于多電飛機(jī)取消了發(fā)動機(jī)的引氣，采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，改善了發(fā)動機(jī)的效率和性能。（4）多電飛機(jī)減少

4、了飛機(jī)的能源浪費(fèi)，提高了效率多電飛機(jī)技術(shù)的一個最大優(yōu)點(diǎn)是：由于采用了電力驅(qū)動，各飛機(jī)用戶可以根據(jù)自己的需求來控制發(fā)電量，減少了能源的浪費(fèi)。如采用傳統(tǒng)的氣源系統(tǒng)，飛機(jī)在巡航飛行狀態(tài)時(shí)，發(fā)動機(jī)排氣量將超出需求，這就導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的燃油消耗超出實(shí)際需求，造成能源的浪費(fèi)。而多電飛機(jī)技術(shù)意味著可以根據(jù)實(shí)際用電需求，控制運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)所需要的燃油損耗。（5）多電飛機(jī)為未來飛機(jī)高能武器的使用提供電力保障飛機(jī)系統(tǒng)的用電量需求在目前和可預(yù)見的未來將持續(xù)呈幾何級數(shù)的增長。采用多電飛機(jī)技術(shù)可以有效地滿足飛機(jī)系統(tǒng)對電力需求的急劇增長。由于多電飛機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)中可以方便地為機(jī)載武器系統(tǒng)提供充足的電力，這就有可能為安裝新一代武器系

5、統(tǒng)，如定向能激勵器、電磁炮等提供充足的能源。事實(shí)上，正是由于高能武器的發(fā)展，加快了多電飛機(jī)技術(shù)發(fā)展?？傊捎枚嚯婏w機(jī)技術(shù)可以根據(jù)飛機(jī)用電設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷，對發(fā)電系統(tǒng)統(tǒng)一地、有效地進(jìn)行分配，使運(yùn)行的發(fā)電系統(tǒng)處于較高的效率狀態(tài)。多電飛機(jī)技術(shù)的使用可以節(jié)約民用飛機(jī)的運(yùn)營費(fèi)用；充足的電力資源和合理的電能分配管理可以為軍機(jī)上的高能武器的使用創(chuàng)造良好的條件，使軍機(jī)在戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)性能上有顯著提高。在飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，可以將發(fā)電、配電和用電設(shè)備作為一個整體來進(jìn)行系統(tǒng)分析和研制，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最合理、最優(yōu)化的指標(biāo)，使飛機(jī)運(yùn)營達(dá)到的最經(jīng)濟(jì)、最可靠的目的，最大限度地發(fā)揮其戰(zhàn)術(shù)性能，從而提高軍機(jī)的戰(zhàn)斗力和生命力，提高民用飛機(jī)

6、的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。2. 多電飛機(jī)的電源系統(tǒng)及其特點(diǎn)由于多電飛機(jī)非常依賴于電能的應(yīng)用，因此對機(jī)載電源系統(tǒng)提出了更高的設(shè)計(jì)要求。如第四代戰(zhàn)斗機(jī)引進(jìn)的多電飛機(jī)的概念絕不僅僅是將115V/ 400Hz的交流供電體制變成270V直流供電體制，以及供電容量上有大幅的增加那么簡單，它還表現(xiàn)在兩個重要特征上，一是大量的電力作動器負(fù)載取代了原來的液壓作動器，二是機(jī)電系統(tǒng)的高度綜合化。因此，要求多電飛機(jī)的電源系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：（1）發(fā)電容量要大，一般都采用起動發(fā)電形式，如國外目前正在研究單機(jī)容量大于500kW的起動發(fā)電機(jī)。（2）要能提供可靠性高、容錯能力強(qiáng)的電源系統(tǒng)，并且易于實(shí)現(xiàn)多余度的不中斷供電。（3）應(yīng)能提

7、供多種形式的電能，電能的多樣性可以簡化用電設(shè)備的結(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)的體積和重量。（4）應(yīng)具有計(jì)算機(jī)檢測、監(jiān)控、管理和保護(hù)功能，并能接受飛機(jī)負(fù)載管理中心的管理。各國航空領(lǐng)域的研究結(jié)果表明，由于恒頻交流電源的效率較低，不能滿足多電飛機(jī)大容量電源的要求，并且交流電不易實(shí)現(xiàn)不間斷供電，因此，恒頻交流電不適合于用作多電飛機(jī)的主電源。目前，多電飛機(jī)采用的主電源系統(tǒng)主要有兩種：一種是高壓直流電源系統(tǒng)；另一種是變頻交流電源系統(tǒng)。這兩種電源系統(tǒng)都適合于設(shè)計(jì)成大功率的電源系統(tǒng)，且都具有可靠性高、效率高、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，270V高壓直流電源系統(tǒng)還具有易于實(shí)現(xiàn)不間斷供電的優(yōu)點(diǎn)。由于多電飛機(jī)要求供電容量大，其電源系統(tǒng)應(yīng)具有

8、高效率，而傳統(tǒng)的恒頻交流電源效率較低，恒裝體積重量大，使發(fā)電能力受到限制。作為航空交流電源的最新發(fā)展，變頻交流電源具有與恒頻交流電源相同的供電質(zhì)量，而其效率高達(dá)90以上，且體積比帶有恒裝的恒頻電源小，具有重量輕、價(jià)格低、系統(tǒng)可靠性高、維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)，作為多電飛機(jī)的一種可用電源系統(tǒng)，已經(jīng)在多電飛機(jī)波音787上得到應(yīng)用。變頻交流電源的額定電壓有115 V、230V兩種，將這兩種電壓等級的交流電源相比較會發(fā)現(xiàn)，115V變頻交流電源的發(fā)電機(jī)饋線重，發(fā)電系統(tǒng)體積重量大，而230V變頻電源對現(xiàn)有的機(jī)載供電體制和現(xiàn)有機(jī)載設(shè)備的結(jié)構(gòu)及參數(shù)等均有影響。因此，在實(shí)際使用中，采用將230V變頻電源用作主電源，給大功

9、率用電設(shè)備供電；將115V變頻電源作為二次電源，給其他設(shè)備供電，這是一種比較適宜的供電方案。在變頻電源系統(tǒng)的應(yīng)用中，由于其比恒頻系統(tǒng)有更寬的工作頻率范圍，因此需要考慮高頻因素對系統(tǒng)的影響，這些影響主要有以下幾個方面：（1）變頻交流發(fā)電機(jī)的電抗必須比等效的恒頻交流發(fā)電機(jī)的低，以便抵消電源質(zhì)量受到高頻信號的影響，這將導(dǎo)致重量增加10%。（2）電源系統(tǒng)需要快速的過電壓保護(hù)能力，以便在高頻時(shí)發(fā)生短路故障的情況下，把最大電壓限制在規(guī)定范圍內(nèi)。（3）對饋線較長的大飛機(jī)，饋線阻抗對相電壓不平衡的影響比發(fā)電機(jī)阻抗帶來的影響更大，尤其是變頻系統(tǒng)。此外，多電飛機(jī)電力作動器的大量應(yīng)用，將對供電系統(tǒng)產(chǎn)生以下影響：（1

10、）多數(shù)大功率電動機(jī)都帶有一個低輸入阻抗的“容性”電磁干擾濾波器，因而在供電系統(tǒng)啟動時(shí)可能會出現(xiàn)沖擊電流。（2）大多數(shù)大功率電動機(jī)負(fù)載具有恒功率特性，可能影響供電質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性。（3）多電飛機(jī)的飛行控制作動器可能把再生能量返回到配電系統(tǒng)，對其產(chǎn)生干擾。（4）大功率的關(guān)鍵飛行負(fù)載需要不間斷供電。在交流電源系統(tǒng)中，解決大功率電力作動器對電網(wǎng)造成的影響是比較困難的。因此多電飛機(jī)采用高壓直流電源系統(tǒng)也是一種可行的方案。直流電源系統(tǒng)同時(shí)具有起動和發(fā)電的功能，但傳統(tǒng)的28V低壓直流發(fā)電系統(tǒng)不適合多電飛機(jī)，必須采用270V高壓直流電源系統(tǒng)。270V的高壓直流起動發(fā)電機(jī)同樣具有起動和發(fā)電的功能，其高轉(zhuǎn)速易于提

11、高功率密度，減小體積，電源效率高達(dá)90以上。發(fā)電時(shí)還可以吸收系統(tǒng)回饋的能量，具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、配電電網(wǎng)重量輕、易于實(shí)現(xiàn)余度供電及不中斷供電的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)已在軍機(jī)F-22上得到應(yīng)用。但另一方面，若飛機(jī)上僅采用一種高壓直流電源系統(tǒng)，必將帶來用電體制的改變，將影響現(xiàn)有機(jī)載設(shè)備的繼承性及機(jī)電產(chǎn)品的成本。實(shí)際上，各種供電體制都有不足，只有將不同體制的供電系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，才能進(jìn)一步提高電源系統(tǒng)和飛機(jī)的性能。因此，混合電源系統(tǒng)應(yīng)是多電飛機(jī)理想的電源體制。3國外典型的多電飛機(jī)（1）空客A380飛機(jī)空客A380飛機(jī)是典型的多電商用飛機(jī)，完全按多電飛機(jī)的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。飛機(jī)的總發(fā)電功率為910kW。其中，由發(fā)動機(jī)驅(qū)動4臺150 kVA的變頻交流發(fā)電機(jī)，頻率為360Hz-800Hz；由輔助動力裝置（APU）驅(qū)動2臺120kVA的恒頻交流發(fā)電機(jī)；1個空氣沖壓渦輪系統(tǒng)驅(qū)動一臺70 kVA發(fā)電機(jī)。電源系統(tǒng)采用固態(tài)配電技術(shù)，一次、二次配電系統(tǒng)采用集中控制，使飛機(jī)可靠性大為提高。大部分作動裝置采用了電力作動，使飛機(jī)重量下降，性能大大提高。（2）波音787飛機(jī)與空客A380相比，波音787飛機(jī)更接近于全電飛機(jī)。飛機(jī)的總發(fā)電功率為1400kW。其中，2臺發(fā)動機(jī)驅(qū)動4臺225 kVA的變頻交流起動發(fā)電機(jī)；由輔助動力裝置驅(qū)動2臺225 kVA的變頻交流發(fā)電機(jī)