飞机电源系统

飞机电源系统

现代飞机战术技术水平在迅速地发展和提高，为了完成复杂的飞行任务并保证飞行安全，需要装配大量先进机载设备。在飞机上，航空发动机是机械能源，称为一次能源，向机载设备提供的能源称为二次能源。二次能源主要有液压能、气压能和电能。由于电能易于输送、分配、变换和控制，绝大部分机载设备采用电能工作。

随着电气技术水平的提高，国外正在研制“全电飞机”，它将用电能全部取代飞机液压能和气压能。

飞机上用来产生电能的设备组合（电源及其调节、控制和保护设备）称为飞机电源系统，电源系统中有主电源、辅助电源、应急电源和二次电源，飞机上用来传输、分配、转换和控制电能的导线和设备按一定方式组合起来，称为飞机配电系统或飞机电网。飞机电网主要由传输电能的导线和电缆、防止导线和设备受短路或超载危害的保护装置、配电装置、电源、用电设备的控制和转换装置及电源检查仪表等组成。

电源系统与配电系统总称为飞机供电系统。依靠电能工作的设备称为用电设备，供电系统与用电设备总称为飞机电力系统。

飞机主电源由发电机及其传动、调节、控制、保护装置等组成，向正常飞行的飞机用电设备供电。主电源不工作时由辅助电源或地面电源供电。常用的辅助电源是航空蓄电池或辅助动力装置驱动的发电机。在飞行中主电源一旦发生故障不能正常供电时，由应急电源供电。常用的应急电源有航空蓄电池和风动涡轮发电机。二次能源（以下简称次电源）是将主电源一种型式的电能转变为不同电压、不同电流和不同质量电能的设备，以满足不同用电设备对不同形式电能的要求。

电源和混合电源。混合电源就是同时采用两种主电源。

各种电源与其调节、控制、保护装置及电网一起组成供电系统。这些供电系统在飞机发展的不同时期都发挥了它们的作用。同时在使用中也看出了它们的优缺点。因此，随着飞机的发展各国都在改进和研制较理想的供电系统。

一、低压直流供电系统

（一）低压直流供电系统的优点

在飞机发明后的半个世纪里，低压直流供电系统一直充当飞机主电源是因为它有

突出的优点：

1. 容易实现多台发电机与蓄电池的并联供电，保证不中断供电，供电安全可靠。

2. 直流电动机的启动，调整性能好。因此，直流供电系统实现电力控制和操纵比较方便。

3.直流发电机可以作为电力起动电动机使用，一机两用可以减轻设备总重量。

4.由于电压低，各种有触头转换的电路设备制造容易，体积小，比较安全可靠。

5.低压直流供电系统理论和技术不太复杂。整体维护性好。全周期维护费用也不高。

在飞机没有发展到高空、空速的中小型飞机上，每台发电机的功率不超过9～12千瓦的情况下，低压直流供电系统得到了最广泛的使用。因为在这种条件下它是比较理想的供电系统。

（二）低压直流供电系统存在的问题

随着现代飞机的发展，飞机的高度、速度不断提高和机载设备的增多对飞机供电系统影响很大。高空、高速使供电系统工作条件变化了，机载设备的增多使供电量增大、需要电源种类变多。这些，对供电系统提出了更高的要求，使低压供电系统遇到了难以克服的问题：

1.电机换向火花加大、电刷磨损加剧

飞行高度增加，空气稀薄、温度和湿度降低，直流电机换向火花加大，电刷磨损严重。特别是在飞机用电量大量增加的情况下，如果单机功率增加（单机功率在30千瓦以上）、直流发电机己很难做到安全可靠。

２．发电机冷却很难解决

在高空、高速条件下，飞机上的直流发电机冷却很难解决。在高空条件下，空气稀薄、发电机的冷却效果下降。例如，在15公里高空时，进入发电机的冷却空气量减少五分之三。在高速飞行条件下，应用迎面气流冷却发电机几乎成为不可能。例如，当Ｍ=2时，入口冷空气温度达100摄氏度；当M=2.5时入口冷却空气温度高达200摄氏度。这时己不能用迎面气流来冷却发电机。但又不能用油冷，因为直流发电机损耗的75%在转子上，为了冷却，必须把冷却油通到转子上，可是电刷和换向器是不允许接触油液的，因此需要解决冷却油液的动密封问题，这

在技术上是很难做到的。

３．电机重量功率比增加，供电系统重量大

随着现代飞机用电机载设备的不断增加，飞机电源的安装容量几十倍、几百倍地增加。目前，歼击机的安装容量可达60～120千伏安；大型运输机和重型轰炸机都在200～300千伏安以上（伊尔七六飞机上四台主系统主电机共240千伏安，辅助交流发电机40千伏安和辅助直流发电机12千伏安）。如果仍然采用低压直流供电系统的话，重量将会增加很多。仅对发电机来说，由于直流发电机换向（有刷）条件的限制，发电机电压不能太高，单机容量也不能太大，因此其重量较大，重量功率比大。例如，功率为18KW的ZF-18直流发电机、重量为41.5KG，而喷油冷却的60KVA的200/115 Ｖ的交流发电机的重量仅17KG左右。低压直流供电系统的电网重量也很大。如某型轰炸机电网重量达630KG，占全机重量的1.75%,若将电压从28.5V提高到120V，约可减少150KG。

总之，对28.5V低压直流供电系统，解决装机容量问题，不能通过提高发电机电压，因为提高电压，直流电机换向条件恶化，有触头的按触器和各种开关的电弧烧伤严重，都降低供电系统的可靠性；不能提高单机容量，也不能增加发电机数量（安十二飞机上，有８个主发电机СТГ－12，总功率为96KW，总重量为300多千克；如果伊尔七六采用СТГ－12为主发电机，得安装24个，总重量近１吨），因为每个发电机，都有一套电源系统，数量太多，总重量太大。因此，只能寻找其它供电系统。

４．电能变换设备笨重、效率较低

现代飞机上用电机载设备多，需要多种不同频率不同电压的交流电和不同电压的直流电。因此，需要多种电能变换设备。如果主电源系统是直流电，要获得不同电压的直流电，一般用直流升压机或晶体直流变换器；要获得不同频率，不同电压的交流电，一般采用变流机或静止变流器，等等。机电式电能变换设备，其效率低，变换设备比较笨重，一般重量功率比为10KG/KW。而且升压机、变流机也存在一个高空换向困难问题。所以，机载用电设备的增多，使得直流供电系统在能量变换上遇到了较大困难。这也是这种供电系统的一个不足。

综上所述，低压直流供电系统己不适用于高空、高速和用电量大且用电种类多的飞机。