飞机改装供配电技术研究
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摘 要：随着科技日新月异地发展，飞机电源系统由低压直流电源系统向交流电源系统、高压直流电源系统转变，用电功率也随着机载设备用电量的增加和航电设备现代化程度的提高而迅猛增大。文章从近几年新型飞机设计定型试飞和新型产品鉴定试飞改装两个方面，研究了在不同型号的飞机上加装不同型号的设备时，飞机改装常用的几种供配电设计方法，并分析了这些方法对飞机自身供配电系统的影响。
关键词：改装技术;供配电系统;剩余电量;二次电源;APU
中图分类号：V242 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）09-0167-03
Abstract： With the rapid development of science and technology， the aircraft power system has been transformed from a low-voltage DC power system to an AC power system and a high-voltage DC power system. The power consumption has also increased rapidly with the increase in power consumption of on-board equipment and the modernization of avionics equipment. This paper studies several power supply and distribution design methods commonly used in aircraft modification when different types of equipment are installed on different types of aircraft from the two aspects of new aircraft design finalization test and new product identification test flight modification in recent years， and describes the impact of these methods on the aircraft's own power supply and distribution system.
Keywords： modification technology; power supply and distribution system; remaining power; secondary power; APU
1 概述
在新型飞机设计定型试飞和新型产品鉴定试飞过程中的飞机改装技术，主要是指将测试设备、测试各类传感器、各类专项系统（如水配重系统、电负载系统）、待鉴定的新型产品安装到飞机上，并从飞机电网上引取电能为加装的设备和传感器供电，飞机改装技术涉及飞机的结构、燃油、发动机、供配电、机电、航电等各大系统，既要保证加装的设备和传感器等能够正常工作，还要确保飞机各大系统不受改装影响，保证飞行安全。飞机供配电系统是飞机的基本系统之一，供配电系统的性能和状态对飞机性能和安全有决定性的影响。
飞机改装供配电技术是飞机改装电气系统的“心脏搭桥”手术，是指从飞机电源系统引取电能，为加装的设备和传感器等供电。这项技术的实施不僅需要设计人员掌握飞机供配电系统的基本原理和飞机电源系统的剩余电量，还需要设计人员熟知加装设备和传感器等的供电需求，并根据需要设计应急供电方案。本文从新型飞机设计定型试飞和新型产品鉴定试飞两种不同的飞机改装过程中，研究在不同型号的飞机上加装不同型号的设备时常用的几种供配电设计方法。
2 新型飞机设计定型试飞飞机改装供配电设计
新型飞机设计定型试飞飞机改装供配电设计是指从飞机电网引取电能为加装的测试设备（如采集器、记录器、机载数据定位系统等）和测试传感器（如压力传感器、流量传感器、高度速度传感器等）等供电，并确保测试改装供电不会影响飞机电源系统的正常工作。现阶段，测试设备和测试传感器主要使用直流28V电源，根据飞机电源系统的差别和试飞科目的要求，测试设备和测试传感器消耗直流电源的总功率一般不大于4kW。目前国内新型飞机电源系统以三相115V交流电源和高压270V直流电源为主，并配装二次电源（将主电源电能转变为另一种形式或规格的电能的装置）和应急电源为部分设备和关键设备提供电能。在新机实施测试改装时，需要结合该型飞机电源系统的电源类型和剩余电量进行测试设备和传感器供配电设计，常用方案如下：
（1）飞机电源系统二次电源的剩余电量能够满足加装的测试设备和传感器的用电需求时，直接从飞机二次电源的供电汇流条上引取电能，并配装保险丝（熔断器或断路器）保护测试改装供电线路。通过引取二次电源的故障信号，在飞机二次电源发生故障时，自动将测试改装供电线路从飞机电网上脱开，保证飞机用电安全。供配电设计原理如图1所示。
（2）飞机电源系统二次电源的剩余电量无法满足加装的测试设备和传感器的用电需求时，测试改装时需加装测试系统二次电源，将飞机主电源转变为测试系统需要的直流28V电源。这种方法需要从飞机二次电源或应急电源汇流条上引取少量的直流28V电源（不大于5安培）作为测试系统供电线路的启动电源，供配电设计原理如图2所示。
（3）在飞机电源系统发生故障时，测试系统供电线路自动切断后，为确保测试关键设备和传感器能够继续工作，需要加装应急电源为测试系统关键设备供电。目前选用银锌蓄电瓶作为测试系统应急电源，测试系统应急电源供电方式分为两种，一种是转换供电，设计原理如图3所示;另一种是不间断供电，设计原理如图4所示。 转换供电顾名思义就是通过接触器切换的方式，将测试系统的供电由飞机电网转换为由蓄电瓶供电。这种方法的优点是无需加装隔离二极管，蓄电瓶的电能不会出现损耗，缺点是在转换过程中存在掉电现象，致使测试设备关机重启，造成试飞测试数据缺失。
不间断供电是指飞机电网和蓄电瓶同时向测试系统汇流条供电，优点是在飞机电网发生故障时，蓄电瓶能够不间断地为测试系统供电，不会出现掉电的现象，缺点是需要在飞机电网和蓄电瓶的测试系统供电线路上加装隔离二极管，还要确保蓄电瓶的电压要略低于飞机电网电压，以防在飞机电网正常时蓄电瓶电能提前消耗，在飞机电网发生故障时蓄电瓶因电量低而无法为测试系统供电。
3 新型产品鉴定试飞飞机改装供配电设计
近年来，随着航空事业的蓬勃发展，新型产品更新换代的速度加快，这些新型产品在配装新型飞机前，需要搭载一些成熟、可靠的飞机进行鉴定试飞。鉴定试飞可以验证产品的各项性能指标能否达到设计要求，并及时更改暴露的设计缺陷，确保产品配装新型飞机后能够稳定可靠的工作，同时也为新型飞机设计定型试飞节约时间。
相比新型飞机设计定型试飞飞机改装供配电设计中，加装的测试系统单一的用电类型和较低的用电功率，新型产品鉴定试飞飞机改装中加装的新型产品，用电类型多（常用电有三相115V交流电源、高压270V直流电源、直流28V电源、220V/50Hz交流电），用电功率大（如某型雷达设备的用电功率达40kW）。因此新型产品鉴定试飞一般需要搭载专用的飞机，这类专用的飞机改装供配电设计需要充分掌握飞机电源系统的供配电原理及剩余电量，并对飞机电网进行升级改造，主要设计方法如下：
（1）飞机电源系统包含的电源类型多、剩余功率大，能够满足新型产品用电需要的，可直接从飞机汇流条上引取电能，再通过配装二次电源扩展飞机电网缺少的电源种类，如加装将三相115V交流电源转为220V/50Hz交流电源的二次电源。若引取的电能过大，还需要抽引飞机大功率设备的启动信号（如防冰系统接通信号），以确保在这些大功率设备启动时，搭载的产品能够自动断电，防止飞机电网过载，供配电设计原理如图5所示。
（2）飞机电源系统包含的电源类型单一、剩余功率小，无法满足新型产品的用电需要的，可根据飞机电源系统的供配电原理将飞机电网进行升级改造。如某型飞机的交流电源由两台交流发电机提供，一台主用，一台备用。进行改造时，在不改变飞机电源系统供电余度的前提下，可将备用交流发电机的供电线路进行更改，使其在飞机电网正常时为搭载的产品供电，在飞机电网故障时能够自动地切换转为飞机电网供电。
（3）飞机电源系统包含的电源类型单一、剩余功率小，且飞机自身电源系统无法进行升级改造或改造后亦无法满足新型产品用电需要的，可根据飞机的结构空间大小和油箱燃油存储量等加装辅助电源。如某型飞机在飞机尾部加装了一台辅助动力装置APU，专门用来为搭载的新型产品提供大功率电能。这类飞机在进行改装供配电设计时，需要进行APU的起动供电设计和发电配电设计。由于扩展了飞机电源系统的电源种类，还需要在飞机机身上加装外部电源接口，以便于连接外部电源为搭载的产品进行地面供电使用。增加外部电源输入后，需要进行外部电源与机上电源供电逻辑设计，保证在飞机电网向主汇流条供电时，外部电源自动切断。
4 结束语
新型飞机设计定型试飞飞机改装供配电设计是直接引取飞机电网的电能，为加装的测试设备和传感器供电，并根据任务需要加装应急电源，这类改装对飞机电网改动量小，不会改变飞机电源系统的供配电原理;新型产品鉴定试飞飞机改装供配电设计是为了满足搭载的新型产品的用电需求，而对飞机电网进行的一系列改动，这类改装引取飞机电网的功率大、对飞机电源系统的改动量大，需要根据产品的需求对飞機各系统和结构进行一些适应性的改装。
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