多电飞机电源系统
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1. 多电飞机的技术特点多电飞机是航空科技发展的一项全新技术,它改变了传统的飞机设计理念,是飞机技术发展的一次革命。
美国从20世纪80年代中到90年代初开始投入了大量的人力和物力,组织开展多电飞机的研究。
该研究涉及发电、配电、电力管理、电防冰、电刹车、电力作动和发动机等多个领域,从航空电力系统的概念出发,优化整个飞机的设计。
与全电飞机略有不同,多电飞机(More Electric Aircraft,MEA)在用电力系统取代液压和气压系统的过程中,采用电动静液作动器来操纵飞行控制舵面。
电动静液作动器实际上是一种分布式的小型电动和电控液压系统,因而可以说,多电飞机方案是全电飞机方案的初级阶段。
随着波音787飞机和空客380飞机的首飞及投入运营,多电飞机已成为现实。
多电飞机的特征是具有大容量的供电系统,并广泛采用电力作动技术,使飞机重量下降,可靠性提高,维护性好,运营成本降低。
多电飞机的主要优势简述如下。
(1)多电飞机使飞机的电气系统体系结构优化影响飞机电气系统体系结构的因素很多,包括飞机的类型(民用或军用运输机、亚声速或超声速飞机、战斗机等)、飞机的体系结构(发动机类型、数量、具体布局)、电气负载总需求及它们之间的互相关联性。
图1.3-1是一种典型的多电民用飞机电气系统体系结构图。
多电飞机技术由于采用电力驱动代替了液压、气压、机械系统和飞机的附件传动机匣,是飞机系统的重大创新,它可以节约飞机的有效空间,优化飞机的空间布局,有利于飞机的总体设计,有效提高了飞机的性能和系统可靠性,使之具有容错和故障后重构的能力。
图1.3-1 多电民用飞机电气系统体系结构图(2)多电飞机简化了飞机的动力系统结构多电飞机中的二次能源只有电能,使整个动力系统设计简化,取消了飞机的附件传动机匣和燃气涡轮起动机,简化了飞机的结构,使飞机结构简单、重量轻、可靠性高、可维修性好、生存能力强、使用维护费用低、地面支援设备少,地面设备和机上接口也得以简化。
多电APU的功能和发展在多电APU 中由电力驱动来替代传统飞机的APU必须提供的引气、液压功能。
多电APU的主要功能是为主发动机的起动、空气调节和客舱增压功能的实现提供驱动电力能源。
飞机的电力系统随着电子技术的发展有了巨大的变化。
目前多电飞机采用的电源系统主要有两种: 一种是高压直流电源系统, 另一种是变频交流电源系统, 具有可靠性高、效率高、结构简单的特点与传统APU相比, 因为不输出引气, 仅提供电力输出, APU取消了引气输出相关的部件, 简化了APU结构, 而结构和功能的简化又明显改善了APU的可靠性和维护性。
多/全电APU具有如下的特点:( 1)与传统的结构一样, 无引气的全电结构的APU也安装在飞机尾锥中, 但是它仅仅提供电能。
因为消除了所有与流体动力传递有关的部件, 因此,它比传统体系结构的APU简单得多。
( 2)飞机的全电体系结构利用了可变频率的特征, 使得APU可以在可变速度下运行, 改进了其性能。
全电APU运行速度是根据环境温度而设置的,而且变化范围被限定在额定速度的15% 范围之内。
( 3)多/全电APU 无引气系统结构的最大好处是降低了燃料消耗, 这是因为发动机循环和二次功率获取、功率传递和能量利用更加有效。
( 4)消除了昂贵的引气系统维护, 大大降低了飞机的维护需要并且改进了飞机的可靠性。
引气系统结构的取消意味着降低了APU的重量, 减少了部件数目以及更简单的系统安装, 从而降低了飞机的自身重量。
5 全电APU介绍全电APU的出现是应对飞机的需要发展而来的。
正是随着APU的/用户0- 环控系统和主发动机起动系统的改变以及多电飞机电力需求的增加,促使了全电型APU的出现。
某APU 是目前具有代表性的产品, 了解其特点有助于把握APU 的发展方向。
5. 1 全电APU的特点全电APU具有结构设计简单, 能源利用率高,可靠性高以及更低的运行成本等优点, 将是APU未来发展的趋势。
飞机电源系统的原理是什么飞机电源系统是飞机上为舱内设备提供电能的系统。
它主要由发电装置、电源管理系统、电池系统和配电系统组成。
飞机的发电装置一般是由燃气涡轮发动机驱动的发电机或者专门的辅助发电机。
发动机的转速通过发电机的转速放大器来提供稳定的电源输出。
一些现代飞机还装备了永磁发电机,它们的特点是结构简单、重量轻、效率高、维护保养成本低。
发电装置的电能输出经过整流装置转换为直流电,然后通过变压器变换为满足不同设备需求的电压。
发电装置输出的直流电经过电源管理系统进行控制和管理。
电源管理系统有多个功能,包括捕获、控制、保护和监测电能的输出。
它能够监测电源的状态和负载需求,根据需要调整发电机的输出电压和频率,以满足各种设备对电能的需求。
此外,电源管理系统还能够提供对电源的保护,包括过载和短路保护,以防止电源故障损坏设备。
电池系统是飞机电源系统的一个重要组成部分,主要用于提供紧急电源。
在飞行过程中,发电机可能会出现故障,导致电能的供给中断。
此时,电池系统就会为关键设备提供必要的电源,以确保飞机的安全。
电池系统通常由多个电池组成,这些电池可以并联或串联连接,以提供所需的电压和容量。
为了将电能分配到各个设备,飞机电源系统还包括配电系统。
配电系统通过配电盘来分配和控制电能的流向。
配电盘上有多个开关和保险丝,用于控制和保护电路。
飞机上的不同设备对电能的需求有所不同,配电系统通过调整开关的位置和状态,将电能分配到不同的设备上。
总的来说,飞机电源系统的原理是通过发电装置产生电能,通过电源管理系统管理和保护电能的输出,通过电池系统提供紧急电源,通过配电系统将电能分配到各个设备上。
这样一套系统能够确保飞机上的各种设备都能获得稳定和可靠的电源供应,以保证飞机的正常运行和乘客的安全。
飞机电源系统的组成及各部分的功用示例文章篇一:《神奇的飞机电源系统》嘿,同学们!你们知道飞机在天空中飞的时候,靠什么来提供电力吗?今天就让我这个好奇宝宝来给大家讲讲飞机电源系统的组成以及各部分的功用吧!先来说说主电源,这就好比是我们身体里的心脏,是飞机电源系统的核心呀!它为飞机上各种各样的设备提供着持续稳定的电力。
想象一下,如果飞机没有了主电源,那飞机上的灯光会熄灭,各种仪器也会“瘫痪”,这该有多可怕呀!那主电源是怎么工作的呢?它一般是由发动机驱动的发电机组成的,就像一个不知疲倦的小勇士,不停地为飞机“供血”。
然后呢,还有辅助电源。
这辅助电源就像是我们的备用小能手。
当主电源出现问题的时候,辅助电源就会挺身而出!比如说,主电源突然故障了,辅助电源就能迅速顶上,保证飞机的正常运行。
这难道不像在我们遇到困难时,及时伸出援手的好朋友吗?应急电源也必不可少哦!它就像是最后的“救命稻草”。
万一主电源和辅助电源都失效了,应急电源就会发挥作用,为一些关键的设备提供短暂的电力,帮助飞机争取到更多的时间来解决问题。
这应急电源是不是特别重要?还有蓄电池,它虽然看起来小小的,但是作用可不小呢!就像我们口袋里的小零食,关键时刻能解解馋。
在飞机启动的时候,蓄电池能提供启动所需的电力。
而且在飞机电源系统出现小波动时,它也能起到稳定电压的作用。
电源分配系统就像是一个聪明的管理员,把电力合理地分配到飞机的各个部位。
如果没有它,电力不就乱套了吗?这边灯亮得刺眼,那边仪器却没电可用,那可不行!同学们,你们想想,飞机电源系统是不是超级神奇?它的每一个部分都像是一个小小的英雄,在自己的岗位上默默付出,共同保障着飞机的安全飞行。
这不就像我们的班级一样吗?每个同学都有自己的特长和作用,大家一起努力,才能让我们的班级变得更好!所以说呀,飞机电源系统真的太重要啦!我们一定要好好学习,将来去探索更多关于飞机的奥秘!示例文章篇二:《神奇的飞机电源系统》嘿,朋友们!你们知道飞机能在天空中自由翱翔,除了依靠强大的发动机,还有什么特别重要的东西吗?那就是飞机电源系统啦!这玩意儿可神奇了,就像我们身体里的血液循环系统一样,给飞机的各个部位提供着能量。
多电飞机直流负载系统稳定性分析随着航空业的发展和飞机飞行技术的进步,飞机的电气系统也得到了不断的优化和改进。
传统的飞机电气系统采用交流电源供电,随着航空电子设备的不断增加和先进技术的应用,直流负载系统逐渐成为了飞机电气系统的主流。
直流负载系统在飞机电气系统中具有很多优势,如电能利用效率高、能量传输稳定等,但同时也面临着一些挑战,如稳定性问题。
本文将对多电飞机直流负载系统的稳定性进行分析,探讨造成稳定性问题的原因和解决方法。
一、多电飞机直流负载系统概述多电飞机指的是使用多个电源系统来供电的飞机,这些电源系统可能来自不同的发动机、APU(辅助动力装置)以及地面电源。
为了更好地利用这些不同来源的电力,并将其供应给飞机上的各种负载设备,飞机电气系统采用了直流负载系统。
直流负载系统具有高效能、能量传输稳定等优势,能够更好地满足现代飞机对电气能源的需求。
多电飞机直流负载系统包括电源转换单元(PCU)、电源分配单元(PDU)、直流负载优化控制器等组件。
PCU负责将不同来源的电能转换为直流电能,PDU负责将直流电能分配给飞机上的各种负载设备,直流负载优化控制器则负责控制和优化整个系统的运行情况。
这些组件共同构成了多电飞机直流负载系统的基本框架,但同时也带来了稳定性问题。
1. 电压波动在多电飞机直流负载系统中,由于电源的不稳定性,以及负载的变化,会导致电压的波动。
这种电压波动可能会对飞机上的电气设备造成损害,甚至影响到飞行安全。
2. 跨耦影响多电飞机直流负载系统中,不同电源系统之间可能存在跨耦影响,即一个电源系统的变化可能会对其他电源系统产生影响,导致系统的不稳定性。
3. 故障传播在多电飞机直流负载系统中,一旦某个组件发生故障,可能会导致故障信号传播到整个系统,影响系统的稳定性和可靠性。
4. 谐波问题以上这些问题都会对多电飞机直流负载系统的稳定性产生影响,需要进行深入的分析和解决。
1. 系统仿真和模拟对于多电飞机直流负载系统的稳定性分析,首先可以利用仿真软件对系统进行模拟。
飞机电源系统的组成以飞机电源系统的组成为标题,我们来探讨一下飞机电源系统的构成和工作原理。
飞机电源系统是飞机上的一项重要系统,它为飞机提供电力,并确保飞机在飞行中各个设备的正常运行。
飞机电源系统主要由以下几个组成部分构成:1. 主发电机:主发电机是飞机电源系统的核心部分,通常由发动机驱动。
它产生高压交流电,并通过变频器将其转换为稳定的低压交流电。
主发电机是飞机电源系统的主要电源,为整个飞机提供能量。
2. 辅助发电机:辅助发电机通常由APU(辅助动力装置)或其他独立的发电机提供电力。
它们主要用于满足飞机在地面或起飞、着陆等特殊情况下的电力需求。
3. 静变流器:静变流器将交流电转换为直流电,供给飞机上的直流设备使用。
静变流器也可以将直流电转换为交流电,以供给飞机上的交流设备使用。
4. 蓄电池:蓄电池是飞机电源系统中的备用电源,主要用于提供飞机在关机或紧急情况下的电力需求。
蓄电池通常通过发电机充电,以确保其始终保持充足的电量。
5. 电源管理系统:电源管理系统负责监控和控制飞机电源系统的运行。
它可以实时监测电源的状态,根据需要自动切换电源,确保各个设备的正常供电。
6. 配电盒:配电盒是飞机电源系统中的分配中心,将电源分配到各个设备。
配电盒还负责保护电源系统免受过载、短路等故障的影响,确保电源系统的稳定和安全运行。
7. 控制开关和保护装置:控制开关和保护装置用于控制和保护飞机电源系统的各个组件。
它们可以手动或自动地控制电源的开关和保护装置的动作,确保飞机电源系统的正常工作。
飞机电源系统的工作原理如下:当飞机的主发动机启动后,主发电机开始工作并产生交流电。
交流电经过变频器转换为低压交流电,并供给飞机上的交流设备使用。
同时,一部分交流电经过静变流器转换为直流电,供给飞机上的直流设备使用。
辅助发电机和蓄电池也可以提供电力,以满足飞机在特殊情况下的电力需求。
飞机电源系统的控制开关和保护装置负责监控和控制电源系统的运行。
大型民用飞机电源系统的现状与发展一、本文概述随着全球航空业的快速发展,大型民用飞机的设计和制造成为了航空工业的重要组成部分。
电源系统作为飞机的关键系统之一,其性能和可靠性直接影响到飞机的安全运行和乘客的舒适度。
本文旨在综述大型民用飞机电源系统的现状,并探讨其未来的发展趋势。
本文将介绍大型民用飞机电源系统的基本构成和工作原理,包括但不限于主电源、辅助电源、电源转换系统以及电源管理系统。
接着,将分析当前电源系统面临的主要挑战,如提高能效、减轻重量、增强系统的可靠性和安全性等。
本文还将探讨新兴技术对大型民用飞机电源系统的影响,例如,新型电池技术、超级电容器、无线能量传输技术等。
这些技术的发展有望为电源系统带来革命性的改进,提高飞机的整体性能和经济性。
本文将展望大型民用飞机电源系统的未来发展方向,特别是在绿色航空和可持续发展的大背景下,如何通过技术创新和系统优化,实现更加高效、环保的电源系统设计。
通过对现状的分析和未来发展的探讨,本文期望为航空工程师和相关研究人员提供有价值的参考和启示,共同推动大型民用飞机电源系统的进步和创新。
二、大型民用飞机电源系统技术现状介绍大型民用飞机电源系统的基本组成,包括主电源、辅助电源、应急电源等。
阐述其主要功能,即为飞机上的飞行控制系统、导航系统、通信系统、乘客服务系统等提供稳定可靠的电力供应。
分析当前大型民用飞机电源系统所采用的主流技术,如传统的液压系统、电气系统以及新兴的更多电飞机技术。
探讨这些技术在实际应用中的表现,以及它们在效率、安全性、可靠性等方面的优点和不足。
描述国际民航组织(ICAO)和各国民航局对大型民用飞机电源系统制定的相关标准和规范,以及这些标准和规范对电源系统设计、测试、维护等方面的影响。
探讨当前电源系统领域的技术创新,例如无线能量传输、能量存储技术的进步、电力电子设备的小型化和高效率化等。
分析这些创新技术如何推动电源系统的发展,以及它们在未来可能带来的变革。
多电飞机电气系统的研究多电飞机电气系统研究随着科技的不断发展,多电飞机已经成为了航空领域的重要研究方向。
多电飞机是指通过电力电子技术取代传统的机械和液压系统,实现飞机的各项功能。
其中,电气系统作为多电飞机的核心组成部分,对于飞机的性能和安全性具有至关重要的影响。
本文将对多电飞机电气系统进行深入的研究和分析。
确定文章类型本文属于技术研究型文章,主要探讨多电飞机电气系统的基本原理、组成和性能。
明确研究对象本文的研究对象为多电飞机电气系统。
该系统主要由电源系统、输配电系统和用电设备三部分组成。
搜集资料在明确了研究对象后,通过查阅相关文献和实验数据,了解多电飞机电气系统的研究现状和发展趋势。
同时,对国内外学者的研究成果进行梳理和总结。
整理思路通过对搜集到的资料进行整理和分析,发现多电飞机电气系统的研究主要集中在以下几个方面: a.电源系统的研究和优化,旨在提高供电质量和可靠性; b.输配电系统的研究和改进,以降低电能传输过程中的损耗和提高系统稳定性; c.用电设备的开发和性能提升,以满足各种复杂任务的需求。
撰写文章大纲根据上述思路和框架,本文的大纲如下: I.引言 a.多电飞机的发展概况 b.电气系统在多电飞机中的重要地位 II.电源系统研究与优化 a.电源系统的基本组成与特点 b.常见电源系统的性能分析与改进措施 c.电源系统的优化设计方法 III.输配电系统研究与改进 a.输配电系统的基本原理与传输特性 b.输配电系统的损耗与稳定性问题 c.输配电系统的改进措施与优化设计 IV.用电设备开发与性能提升 a.用电设备的基本分类与特点 b.用电设备的性能要求与挑战 c.用电设备的开发方法与优化设计 V.实验验证与分析 a.实验测试平台的搭建与实验方法 b.实验结果分析与性能评估VI.结论与展望 a.多电飞机电气系统的研究成果总结 b.多电飞机电气系统的未来发展趋势逐步展开在文章大纲的基础上,逐步展开各个部分的内容。
飞机电源系统的原理是飞机电源系统是飞机上的一个重要系统,它为飞机提供稳定的电力供应。
飞机电源系统的原理主要包括电源生成、电力分配和故障保护三个方面。
首先,电源生成是飞机电源系统的核心,它负责将来自发动机的机械能转化为电能,并确保电能的稳定输出。
在飞机上常用的电源生成装置包括发电机和辅助动力装置。
发电机是一种通过发动机的转动产生电能的装置。
当飞机的发动机运转时,其内部的发电机也会开始工作。
发电机通过转子和定子之间的相对运动,产生电磁感应,将机械能转化为电能。
发电机输出的电能经过整流装置和稳压装置的处理,最终变为直流电能供应给飞机的各个电气设备。
辅助动力装置是飞机电源系统中的备用电源装置。
它通常由一台独立的发动机驱动,通过发电机产生电能。
辅助动力装置不仅能够为飞机提供电力,还可以提供其他辅助能源,如空调供应等。
辅助动力装置在飞机停泊、起飞和降落过程中起到至关重要的作用。
其次,电力分配是飞机电源系统中的一个重要环节。
它负责将发电机和辅助动力装置产生的电能分配给飞机上的各个电气设备。
电力分配系统主要包括电路保护和电源管理两个方面。
电路保护是指对飞机电路进行监控和故障保护的措施。
在飞机电源系统中,每一个电路都有一个相应的保护装置,如保险丝或保护开关。
如果电路发生短路或超载等故障,电路保护装置会自动切断电路,以防止故障扩大,保护飞机的安全。
电源管理是指对飞机电源进行控制和管理的操作。
电源管理系统可以根据飞行阶段和电能需求,合理分配和控制电能的输出。
通过电源管理系统,可以实现电源的合理调度,降低电能消耗,提高飞机的效率。
最后,故障保护是飞机电源系统的重要保障措施。
故障保护系统主要包括故障检测和故障恢复两个方面。
故障检测通过传感器和检测器等装置,实时监测飞机电源系统的运行状况,一旦检测到异常,会发出警报并采取相应的措施。
故障恢复则是指当飞机电源系统发生故障时,通过备用电源或备用设备的切换,保证飞机仍能正常运行,确保飞机安全。
飞机电源系统简介飞机电源系统是飞行器中供电的重要组成部分,为飞机提供所需的电能。
它包括多个子系统,每个子系统负责不同的功能,以确保飞机各种设备和系统的正常运行。
主要组成部分1. 基本电源系统基本电源系统是飞机电源系统的核心部分,用于为飞机提供必要的直流和交流电能。
它通常由以下组件组成:•发电机:发电机是飞机电源系统的主要能源单元,通过旋转机械能转换为电能。
•电池:电池作为备用电源,提供飞机在紧急情况下的电力支持。
•电源管理系统:电源管理系统负责监控和控制电能的分配,确保电能在飞机各个系统间的平衡分配。
2. 交流电供应系统交流电供应系统为飞机中的交流电设备提供电力。
它通常由以下组件组成:•变频器:变频器将直流电能转换为交流电能,以满足飞机各种交流电设备的需求。
•分配盒:分配盒将变频器提供的电能分配给飞机中的各个交流设备。
•监控和保护系统:监控和保护系统负责监控交流电供应系统的运行状态,并在必要时提供保护。
3. 直流电供应系统直流电供应系统为飞机中的直流电设备提供电力。
它通常由以下组件组成:•整流器:整流器将交流电能转换为直流电能,以满足飞机各种直流电设备的需求。
•分配盒:分配盒将整流器提供的电能分配给飞机中的各个直流设备。
•监控和保护系统:监控和保护系统负责监控直流电供应系统的运行状态,并在必要时提供保护。
4. 光电供能系统光电供能系统利用太阳能或其他光能源为飞机提供电力。
它通常由以下组件组成:•太阳能电池板:太阳能电池板将太阳能转化为电能,并存储到电池中。
•充电器:充电器将太阳能电池板提供的电能充电到电池中。
•监控和保护系统:监控和保护系统负责监控光电供能系统的运行状态,并在必要时提供保护。
工作原理飞机电源系统的工作原理是将机械能转化为电能,并通过合理的分配和控制,为飞机各种设备和系统提供所需的电力。
首先,发电机将涡轮引擎产生的机械能转化为直流电能。
直流电能经过整流器转换为所需的直流电压,并通过分配盒分配给飞机中的直流设备。
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多电飞机的技术特点
多电飞机是航空科技发展的一项全新技术,它改变了传统的飞机设计理念,是飞机技术发展的一次革命。
美国从20世纪80年代中到90年代初开始投入了大量的人力和物力,组织开展多电飞机的研究。
该研究涉及发电、配电、电力管理、电防冰、电刹车、电力作动和发动机等多个领域,从航空电力系统的概念出发,优化整个飞机的设计。
与全电飞机略有不同,多电飞机(More Electric Aircraft,MEA)在用电力系统取代液压和气压系统的过程中,采用电动静液作动器来操纵飞行控制舵面。
电动静液作动器实际上是一种分布式的小型电动和电控液压系统,因而可以说,多电飞机方案是全电飞机方案的初级阶段。
随着波音787飞机和空客380飞机的首飞及投入运营,多电飞机已成为现实.多电飞机的特征是具有大容量的供电系统,并广泛采用电力作动技术,使飞机重量下降,可靠性提高,维护性好,运营成本降低。
多电飞机的主要优势简述如下。
(1)多电飞机使飞机的电气系统体系结构优化
影响飞机电气系统体系结构的因素很多,包括飞机的类型(民用或军用运输机、亚声速或超声速飞机、战斗机等)、飞机的体系结构(发动机类型、数量、具体布局)、电气负载总需求及它们之间的互相关联性。
图1.3—1是一种典型的多电民用飞机电气系统体系结构图。
多电飞机技术由于采用电力驱动代替了液压、气压、机械系统和飞机的附件传动机匣,是飞机系统的重大创新,它可以节约飞机的有效空间,优化飞机的空间布局,有利于飞机的总体设计,有效提高了飞机的性能和系统可靠性,使之具有容错和故障后重构的能力。
图1.3-1 多电民用飞机电气系统体系结构图
(2) 多电飞机简化了飞机的动力系统结构
多电飞机中的二次能源只有电能,使整个动力系统设计简化,取消了飞机的附件传动机匣和燃气涡轮起动机,简化了飞机的结构,使飞机结构简单、重量轻、可靠性高、可维修性
好、生存能力强、使用维护费用低、地面支援设备少,地面设备和机上接口也得以简化。
(3)多电飞机改善了飞机发动机的性能
由于多电飞机取消了发动机的引气,采用闭式循环系统,改善了发动机的效率和性能。
(4)多电飞机减少了飞机的能源浪费,提高了效率
多电飞机技术的一个最大优点是:由于采用了电力驱动,各飞机用户可以根据自己的需求来控制发电量,减少了能源的浪费。
如采用传统的气源系统,飞机在巡航飞行状态时,发动机排气量将超出需求,这就导致发动机的燃油消耗超出实际需求,造成能源的浪费。
而多电飞机技术意味着可以根据实际用电需求,控制运转发电机所需要的燃油损耗。
(5)多电飞机为未来飞机高能武器的使用提供电力保障
飞机系统的用电量需求在目前和可预见的未来将持续呈几何级数的增长。
采用多电飞机技术可以有效地满足飞机系统对电力需求的急剧增长。
由于多电飞机技术在设计中可以方便地为机载武器系统提供充足的电力,这就有可能为安装新一代武器系统,如定向能激励器、电磁炮等提供充足的能源。
事实上,正是由于高能武器的发展,加快了多电飞机技术发展。
总之,采用多电飞机技术可以根据飞机用电设备的实际负荷,对发电系统统一地、有效地进行分配,使运行的发电系统处于较高的效率状态。
多电飞机技术的使用可以节约民用飞机的运营费用;充足的电力资源和合理的电能分配管理可以为军机上的高能武器的使用创造良好的条件,使军机在战术和技术性能上有显著提高。
在飞机设计时,可以将发电、配电和用电设备作为一个整体来进行系统分析和研制,使系统设计达到最合理、最优化的指标,使飞机运营达到的最经济、最可靠的目的,最大限度地发挥其战术性能,从而提高军机的战斗力和生命力,提高民用飞机的可靠性和经济性。
2. 多电飞机的电源系统及其特点
由于多电飞机非常依赖于电能的应用,因此对机载电源系统提出了更高的设计要求。
如第四代战斗机引进的多电飞机的概念绝不仅仅是将115V/ 400Hz的交流供电体制变成270V 直流供电体制,以及供电容量上有大幅的增加那么简单,它还表现在两个重要特征上,一是大量的电力作动器负载取代了原来的液压作动器,二是机电系统的高度综合化.因此,要求多电飞机的电源系统具有以下的特点:
(1)发电容量要大,一般都采用起动/发电形式,如国外目前正在研究单机容量大于500kW的起动/发电机。
(2)要能提供可靠性高、容错能力强的电源系统,并且易于实现多余度的不中断供电。
(3)应能提供多种形式的电能,电能的多样性可以简化用电设备的结构,减少系统的体积和重量。
(4)应具有计算机检测、监控、管理和保护功能,并能接受飞机负载管理中心的管理.
各国航空领域的研究结果表明,由于恒频交流电源的效率较低,不能满足多电飞机大容量电源的要求,并且交流电不易实现不间断供电,因此,恒频交流电不适合于用作多电飞机的主电源.目前,多电飞机采用的主电源系统主要有两种:一种是高压直流电源系统;另一种是变频交流电源系统.这两种电源系统都适合于设计成大功率的电源系统,且都具有可靠性高、效率高、结构简单等特点,270V高压直流电源系统还具有易于实现不间断供电的优点。
由于多电飞机要求供电容量大,其电源系统应具有高效率,而传统的恒频交流电源效率较低,恒装体积重量大,使发电能力受到限制。
作为航空交流电源的最新发展,变频交流电源具有与恒频交流电源相同的供电质量,而其效率高达90%以上,且体积比带有恒装的恒频电源小,具有重量轻、价格低、系统可靠性高、维护性好等优点,作为多电飞机的一种可用电源系统,已经在多电飞机波音787上得到应用.变频交流电源的额定电压有115 V、230V
两种,将这两种电压等级的交流电源相比较会发现,115V变频交流电源的发电机馈线重,发电系统体积重量大,而230V变频电源对现有的机载供电体制和现有机载设备的结构及参数等均有影响。
因此,在实际使用中,采用将230V变频电源用作主电源,给大功率用电设备供电;将115V变频电源作为二次电源,给其他设备供电,这是一种比较适宜的供电方案.
在变频电源系统的应用中,由于其比恒频系统有更宽的工作频率范围,因此需要考虑高频因素对系统的影响,这些影响主要有以下几个方面:
(1)变频交流发电机的电抗必须比等效的恒频交流发电机的低,以便抵消电源质量受到高频信号的影响,这将导致重量增加10%。
(2)电源系统需要快速的过电压保护能力,以便在高频时发生短路故障的情况下,把最大电压限制在规定范围内.
(3)对馈线较长的大飞机,馈线阻抗对相电压不平衡的影响比发电机阻抗带来的影响更大,尤其是变频系统。
此外,多电飞机电力作动器的大量应用,将对供电系统产生以下影响:
(1)多数大功率电动机都带有一个低输入阻抗的“容性”电磁干扰滤波器,因而在供电系统启动时可能会出现冲击电流.
(2)大多数大功率电动机负载具有恒功率特性,可能影响供电质量和系统稳定性.
(3)多电飞机的飞行控制作动器可能把再生能量返回到配电系统,对其产生干扰。
(4)大功率的关键飞行负载需要不间断供电。
在交流电源系统中,解决大功率电力作动器对电网造成的影响是比较困难的。
因此多电飞机采用高压直流电源系统也是一种可行的方案。
直流电源系统同时具有起动和发电的功能,但传统的28V低压直流发电系统不适合多电飞机,必须采用270V高压直流电源系统。
270V的高压直流起动/发电机同样具有起动和发电的功能,其高转速易于提高功率密度,减小体积,电源效率高达90%以上.发电时还可以吸收系统回馈的能量,具有可靠性高、结构简单、配电电网重量轻、易于实现余度供电及不中断供电的优点.该系统已在军机F-22上得到应用.但另一方面,若飞机上仅采用一种高压直流电源系统,必将带来用电体制的改变,将影响现有机载设备的继承性及机电产品的成本.实际上,各种供电体制都有不足,只有将不同体制的供电系统有机地结合起来,才能进一步提高电源系统和飞机的性能。
因此,混合电源系统应是多电飞机理想的电源体制。
3.国外典型的多电飞机
(1)空客A380飞机
空客A380飞机是典型的多电商用飞机,完全按多电飞机的电力系统设计.飞机的总发电功率为910kW.其中,由发动机驱动4台150 kV A的变频交流发电机,频率为360Hz-800Hz;由辅助动力装置(APU)驱动2台120kV A的恒频交流发电机;1个空气冲压涡轮系统驱动一台70 kV A发电机。
电源系统采用固态配电技术,一次、二次配电系统采用集中控制,使飞机可靠性大为提高。
大部分作动装置采用了电力作动,使飞机重量下降,性能大大提高.
(2)波音787飞机
与空客A380相比,波音787飞机更接近于全电飞机.飞机的总发电功率为1400kW.其中,2台发动机驱动4台225 kV A的变频交流起动/发电机;由辅助动力装置驱动2台225 kV A 的变频交流发电机;1个空气冲压涡轮系统驱动一台50kV A发电机。
除了采用固态配电技术外,作动装置几乎全部采用电力作动。
(3)F—35战斗机
F-35战斗机是一种典型的多电战斗机,总的发电功率为250kW,能携带更大的高能武器。
与波音787相同,除了采用固态配电技术外,作动装置几乎全部采用电力作动,使飞机的
设计更简单,地面保障设备减少,飞机作战性能大为提高,很接近于全电飞机.。