基于全电／多电飞机发展的预先研究初探

基于全电/多电飞机发展的预先研究初探
摘要随着科技日新月异的发展，机载设备用电量增加，航电设备现代化程度迅猛提高，全电/多电飞机技术是航空科技发展的一项全新技术，全电/多电飞机的研究具有重要意义，本文对该课题进行了预先研究，给出了自己的一些看法，希望更多的研究人员对其产生兴趣。

关键词全电/多电；飞机发展；预先研究
0 引言
随着国际国内的战略形势发展，机载设备用电量增加，航电设备现代化程度迅猛提高，全电/多电飞机在现代飞机设计得到了越来越广泛的应用，已经成为先进飞机的一个重要特征，同时也对飞机电源系统的电源品质提出了更高的要求。

航空电源的发展经历了飞机直流供电系统转变为交流供电系统、恒速恒频系统和变速恒频系统、270V高压直流电源系统（HVDC）和115V的变频电源系统。

未来飞机电力系统主要向以下几个方向发展：先进的270V高压直流电源系统；全电/多电飞机技术；自动配电和控制技术（固态配电技术）等。

1 现状情况
1.1 国外
全电/多电飞机技术在第二次世界大战时就飞机设计者所重视。

美国空军从20世纪末开始，投人了大量的人力、物力、财力进行该技术的研究，它涉及到发电、配电、电刹车、电防冰、电力作动等多个领域。

目前，这一技术已经在F-35、A380和B787等飞机上广泛采用。

1.2 国内
全电/多电飞机技术在国内目前还处于技术探索阶段。

在基于固态功率控制技术的自动化智能配电技术已在一些飞机上初步研究采用。

在一些飞机交流电源系统设计中，已成功研制了交流电源系统汇流条功率控制器，采用1553 B和429总线与相关系统交联，实现了交流电源系统的通道转换和故障时的自检测，并成功研制了电源参数采集显示系统，实现了对交直流电源系统的参数显示及对交流电源的自检测等。

2 发展趋势
2.1 设计理念转变
飞机电力系统是飞机的基本系统之一，电力系统的性能和状态对飞机性能及安全有决定性的影响。

我国在飞机电力系统的研制上起步较晚，经过不断改进完
善，目前已经积累了一定的成功经验，飞机电力系统的设计也取得了长足的发展，飞机电力系统逐步向混合式的电源系统和遥控式的配电系统方向发展。

然而，由于我国基础研究较为薄弱，飞机电力系统一直未有大的创新和突破，基本沿用以前的电网配置，直流电源系统采用的是低层次、分散化、模拟控制的工作模式，这些技术相对落后，可靠性、维修性均与现代飞机供电系统有很大差距，已经无法满足电源负载发展的需要。

全电/多电飞机技术是一项全新技术，它改变了传统的飞机设计理念，它是飞机技术发展史的一次创新，该技术的研究具体重要的意义。

该技术极大提高了飞机的可靠性和可维护性。

在无人机和民用飞机上，该技术在空客A380飞机上已经从概念变成了现实，我相信在未来电能完全取代液压和气动系统将是必然的发展趋势，随着飞机对电能的需求与依赖性提高，各系统间的交联关系也将发生重大改变，我们的设计理念也要适应这种转变。

与常规飞机相比，该技术具有许多优点，一方面，为适应现代化战争的需要，用户对飞机性能提出了更高的要求，大量的先进机载设备被广泛采用，大功率电子设备及高能电子武器也不断投入使用，这些都使飞机负载用电量飞速增长。

另一方面，从飞机的重量，可靠性和维护性考虑，缩小或取消集中式的液压系统，采用电力作动器和功率电传技术作为飞机操纵、环控、液压、机轮刹车的动力源，可使飞机可靠性、维修性、灵活性大为改善，重量大幅降低。

2.2 系统变化
配电系统作为飞机电力系统的重要组成部分，采用自动化配电技术可以大大提高配电系统的自动化、数字化水平。

自动配电技术由电气负载管理中心、远程控制管理终端、汇流条功率控制器、固态功率控制器、遥控断路器及传统接触器、断路器、控制显示器和数据总线等组成。

系统采用分布式汇流条配电方式，用电设备就近与配电汇流条相连接。

电器负载管理中心、发电机控制保护器以及远程控制管理终端通过数据总线与汇流条功率控制器相连，汇流条功率控制器通过双余度数字通信总线和航空电子系统相连，实现数据传输和控制功能。

随着高温磁性材料和半导体材料的发展，大功率发电机和机电设备的研究成功，在飞机的各个领域中电力电子产品的广泛应用，提出了用电力作动系统取代液压作动系统。

总之，多电飞机的关键技术有很多，如多电飞机的多电发动机技术、整体启动/发电技术、冗余式配电技术、全电环境控制系统、电热防/除冰技术、飞机管理系统等。

3 应用设想
早期的飞机上使用的是较多的机电设备和机械式仪表或机械—电气式仪表。

这些机电设备（或仪表）对机载电源系统的要求是赖以从电源系统获得电能来进行工作。

由于早期的机载机电设备和电气仪表对电源系统的性能要求不是太高，
因而早期的机载电源系统也比较简单，甚至使用简单的空气开关、熔断保险器等就能满足电源管理的要求。

随着用电设备的增多，用电功率的增大，各个设备间工作的协调性也日益复杂。

在这种情况下，电源系统的保护、控制远非早期电源系统中使用几个简单空气开关、熔断保险器所能胜任得了。

为了保证飞行安全，为了保证任务完成，对电源系统必须根据用电设备的重要级别实行分级保护和按优先级进行调度管理。

在这种情况下，具有一定智能化的飞机电源管理系统就显得很必要了。

要攻克这些技术，需要进行大功率交、直流发电机的技术研究，要加大270V 直流供电系统和电液作动器、电传控制等基础技术的研究。

要立足自身现状，从基础技术科研项目抓起，通过自身的不断技术积累和采用引进、消化、吸收与合作之路才能攻克这些技术。

随着大功率电子设备和分布式结构的发展，全电/多电飞机技术逐步开始在飞机上应用，可以逐步将飞机上的二次能源转换为电能，将逐步取消飞机上的一些复杂、笨重并维修性大的液压系统，使飞机重量减轻很多，同时，还可以提高飞机维修性和测试性，大大提高飞机的可靠性，为飞机的数字化管理控制提供技术支持。

另外，与普通飞机相比，多电飞机在功率传输方式上采用了柔性电缆替代刚性液压管路，优化了飞机的总体设计、布局、功率管理、故障隔离和容错运行性能。

电传操纵机上接口简单易协调，作动系统发热小、部件磨损小，同时由于取消了飞机液压系统、发动机引气加温除冰、环控系统将减轻系统的重量，简化了飞机结构，减少系统部件，提高了飞机可靠性、维修性，节省燃油提高续航时间，降低飞机的使用和维护费用。

4 结论
总之，全电/多电飞机的研究水平是一个国家综合技术水平的体现，同时也是经济发展水平的重要象征，进行全电/多电飞机技术研究非常重要，从长远来看它的研究具有明显的社会效益和可观的经济效益，是今后飞机设计发展的必然趋势，很多研究人员对其产生了极大兴趣。

参考文献
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