免费飞机设计：飞机270V电源系统结构及仿真技术研究
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软件整体流程图如图2所示。
开始
初始化
等待
状态设定
逻辑运算
刷新组态图 显示
图2 程序整体流程
（1）“初始化”通过选择“开机”或是“关机”按钮 来给各状态变量赋不同的初始值。通过选择“空中” 和“地面”来选择不同的逻辑运算应用规则。
（2）“状态设定”采用两个事件结构。一个是电 源、变换器、逆变器的快捷菜单赋值，一个是接触器 的快捷菜单赋值。每个控件为一个事件分支，这样， 当右击某个控件选择控件的状态时，其对应的事件 分支执行，将菜单的项标识符触发条件结构，将控件 的状态的值赋给局部变量。这样，程序框图就能动态 响应前面板控件状态的改变，如图3所示。
62
飞机设计
第 30 卷
回，使之在前面板上以不同颜色表示。 主程序最外面是一个事件结构，只有一个分支，
主要作用是使前面板用户操作与程序框图执行保持 同步，如果分支中的任一事件发生，事件结构就被触 发，执行结构内的程序。事件结构内包含了一个平铺 式顺序结构，平铺式顺序结构可以一次显示所有帧。 当所连接的数据都传递到该帧时，将按照从左到右 的顺序执行所有帧，直到执行完最后一帧。每帧执行 完毕后会将数据传递至下一帧。使用平铺式顺序结 构可以避免使用顺序局部变量，并且可以更好地为 程序框图编写说明信息。
近年来，利用现代计算机仿真技术对飞机电源 系统进行仿真研究受到国内外的普遍关注，飞机供 电系统仿真分析日益成为影响和促进航空技术发展 的重要因素。国内外对飞机供电系统的仿真与分析 展开了大量研究，文献[2]使用Saber软件对典型的机 载负载建立了模型, 对飞机的供电系统建立集成仿 真模型,很好地实现了飞机电力系统的集成仿真。这 种仿真要知道精确的数学模型。
Abstract: Based on the simulation of power electronics and power supply system at home and abroad， this paper describes a thorough study on the simulation to 270V high-voltage DC power supply system and the development of an advanced aircraft power system demonstration software by means of LabVIEW software. Demonstration results show that the logical relationship of a certain type of advanced aircraft power supply system established by this paper is effective. The system can accurately determine system failures and take appropriate protective measures to ensure the reliable operation of the power supply system. In addition， the power supply system has so good scalability that it can be a reference to a certain extent for the engineering design of other types of aircraft power supply system.
关键词：飞机供电系统；LabVIEW；演示软件
中图分类号：TP391.9
文献标识码：A
Research of the Advanced Aircraft 270VHDC Power System Demonstration Software Based on LabVIEW
CHEN Wei-hua1，TIE Cheng2，DAI Zhen-dong2，ZHANG Shu-juan1，YANG Shan-shui1 （1.Nangjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China） (2.Shenyang Aircraft Design&Research Institute，Shenyang 110035，China)
为虚拟仪器程序，简称VI，它是LabVIEW的基本程 序单位。VI包括前面板和程序框图。前面板就是图形 化用户界面，用于设置输入数值和观察输出量。在前 面板中，用户可以使用各种图标，如旋钮、按钮、开 关、实时趋势图和事后记录图等，就像真实的仪器面 板一样。本程序中的“状态设定”功能，就是通过鼠标 点击前面板中的自定义控件来实现的。每一个前面 板都有一个框图程序与之对应。框图程序用图形化 编程语言编写，可以把它理解为传统编程语言中的 源代码，这正是LabVIEW的最大特色。
4结论
由软件的运行结果可见，程序实现了全部设计 任务，正确地实现了飞机电源系统逻辑关系，如电源 之间的转换、直流允许并联供电，交流不允许并联供 电，汇流条间传输电等；说明设计的先进飞机的电源 系统能够满足相关的供电需求和供电优先级。
仿真软件直观，具有良好的人机界面。
参考文献
[1] 沈颂华. 航空航天器供电系统[M]. 北京：北京航空航天大学出版 社，2005. 5-15.
要实现这种高可靠性的要求，必须采取冗余和 容错供电技术。
高压直流电源的额定电压为270 V，飞机高压 直流电气系统是由270 V直流供电系统和无刷直流 电动机等用电设备构成。其中供电系统由270 V直 流电源系统和固态配电系统组成。其电源系统又由 主电源、辅助电源、二次电源和应急电源等组成。如 图1所示。
3 仿真结果
（1） 空中正常供电状态 由图4可以看出，发电机Gen1、Gen2正常，所有 变换器，逆变器，接触器正常工作，IPU不工作。这种 情况下，供电容量能够满足机上所有负载的供电需 求。
图4 空中正常工作状态截图
第1期
陈卫华 等：飞机 270V 电源系统结构源自文库仿真技术研究
63
（2） 空中应急供电状态 当2台主发电机都不能向机载设备正常供电时， 将集成组合动力装置（IPU）接入电路。图4中，变换器 CONV1故障时，接触器CONB1保护断开，BTB7闭 合，28V左汇流条由CONV2通过右汇流条和BTB7供 电，实现了元件间的切换。 （3） 地面电源工作状态 地面工作时，正常条件下由地面电源向整个系 统供电，即地面工作状态时，地面电源的优先级最 高，当地面电源供电时，主发电机和集成组合动力装 置均不能向机载设备供电，如图5所示。
本文基于LabVIEW软件开发先进飞机电源系 统仿真软件，侧重于逻辑关系的仿真，可以不必知道 各部件的精确数学模型。LabVIEW是一种图形化编 程语言，它能为设计者提供一个极为简洁、轻松的图 形化设计环境，而且提供强大的模拟和数据处理功 能[3]，非常适合先进飞机供电系统演示软件的开发工 作，而且十分有利于以后软件的扩展应用。
270 V高压直流电的来源有：2台主发电机，集 成组合动力装置（IPU），地面电源。
三相交流电源的来源有：2台逆变器，将270 V高 压直流电变换成115 V交流电；2台逆变器，将28 V 直流电变换成115 V交流电。
28 V直流电源的来源有：2台变换器，将270 V高 压直流电变换成28 V低压直流电；2台蓄电池。
1 飞机270 V高压直流供电系统
先进飞机对电源系统可靠性基本要求是：供电 系统必须能够在承受多重故障的情况下仍然能够给 负载提供电力。供电系统必须能承受1个故障而不丧 失给任一非关键飞行负载提供电力的能力；承受2个 故障仍不丧失给任一关键任务负载提供电力的能 力；承受3个故障仍不丧失给任一关键飞行负载提供 电力的能力。这些故障可能出现在同一供电通道的 不同元件上，也可能出现在不同供电通道的相同元 件上，或以上述两种方式以组合形式出现。
（1.南京航空航天大学 自动化学院，江苏 南京 210016） （2. 沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳 110035）
摘 要：在总结国内外飞机供电系统仿真研究的基础上，以270V高压直流电源系统为研究对象，利用LabVIEW 软件开发先进飞机电源系统的演示软件。通过演示结果，验证了先进飞机电源系统的供电逻辑关系。结果表明， 文中针对某型先进飞机供电系统建立的供电逻辑关系是有效的。该系统可以模拟设置电源系统的各种故障，并 模拟保护动作，演示系统动态重构方案，确保飞机电源系统的可靠运行。此外，该供电系统还有很好的扩展性， 为其它型号飞机供电系统的工程设计提供了一定的参考。
仿真软件实现以下功能： （1） 显示飞机电源系统的组态图 显示图1所示的飞机电源系统的组态图，需要在 程序的前面板中用颜色表示各部件的工作状态。颜 色的含义如下：电源工作时显示绿色，不工作时显示 灰色，故障时显示红色；接触器正常闭合时显示绿 色，正常断开时显示灰色，故障（闭合或断开）时显示 红色；汇流条有电时显示绿色，无电时显示灰色，故 障时显示红色；输电线有电流通过时显示绿色，无电 流通过时显示灰色，通过的电流有问题时显示红色。 （2） 在线设置飞机状态 在下方显示飞机处于地面/空中按钮，点击后变 化。 （3） 设置和显示电源/蓄电池/变换器/逆变器的 状态。 右击地面电源、发电机，将在旁边弹出一个选项 菜单，选择它们的状态：正常工作/不工作/过压故障/ 欠压故障/过载故障。点击后电源的颜色立即改变， 各接触器可以设置一定的延时时间。 （4） 逻辑运算功能 以所有电源、汇流条和接触器为输入变量，根据 这些输入变量设定的状态，进行逻辑判断和运算，输 出所有变量的控制状态。 （5） 刷新显示功能 将经过逻辑运算以后得到的各个状态量的值返
2 仿真软件设计
270VDC 发电机1
集成组合 动力装置IPU
270VDC 外部电源
270VDC 发电机2
发电 机配 电中 变流器1 心#1 至高压直流
配电中心
270- 28V 至交流配电中心 变换器1
变流器3 主蓄电池
至高压直流 发电 配电中心 机配 电中 变流器2 心#2
变流器4
IPU蓄电池
至交流配电 中心
270- 28V 变换器2
图1 某型飞机高压直流配电系统框图
LabVIEW是美国NI公司推出的第一个采用图 形化编程技术的面向仪器的32位编译型程序开发系 统，它的目标就是简化程序的开发工作，提高编程效 率，让科学家和工程技术人员充分利用计算机的资 源和强大功能，快速简捷地完成自己的工作任务，被 称为科学家与工程师的语言[3]。 2.1 仿真软件功能：
Key words: aircraft power supply system; LabVIEW; demonstration software
收稿日期：2009- 06- 23；修订日期：2010- 01- 08
第1期
陈卫华 等：飞机 270V 电源系统结构及仿真技术研究
61
目前，由于对战斗机性能要求的提高而大量使 用了先进的机载设备,飞机正朝着多电、全电方向发 展。270 V高压直流电源系统以其具有可靠性高、效 率高、结构简单、易于实现不中断供电等优点[1],因此 成为先进飞机电源系统的首选方案。
第 30 卷 第 1 期 2010 年 2 月
文章编号：1673-4599（2010）01-0060-04
飞机设计 A飞IRCR机AFT设DES计IGN
Vol. 30 No. 1 Feb第 302卷010
飞机 270V 电源系统结构及仿真技术研究
陈卫华 1，铁 诚 2，代振东 2，张淑娟 1，杨善水 1
（3）“逻辑运算”：整个逻辑运算功能在主程序 中用一个MathScript节点来实现。节点内采用C语言 编程。该节点输入变量和输出变量均为前面板上所 有可设置的状态量，根据各状态量，应用电源电路工 作规则，来控制各接触器的通断，最终达到隔离故
障、系统重构的重要功能。
图3 空中应急工作状态截图
2.2 软件流程及具体实现 以LabVIEW为开发平台研制的用户程序被称
开始
初始化
等待
状态设定
逻辑运算
刷新组态图 显示
图2 程序整体流程
（1）“初始化”通过选择“开机”或是“关机”按钮 来给各状态变量赋不同的初始值。通过选择“空中” 和“地面”来选择不同的逻辑运算应用规则。
（2）“状态设定”采用两个事件结构。一个是电 源、变换器、逆变器的快捷菜单赋值，一个是接触器 的快捷菜单赋值。每个控件为一个事件分支，这样， 当右击某个控件选择控件的状态时，其对应的事件 分支执行，将菜单的项标识符触发条件结构，将控件 的状态的值赋给局部变量。这样，程序框图就能动态 响应前面板控件状态的改变，如图3所示。
62
飞机设计
第 30 卷
回，使之在前面板上以不同颜色表示。 主程序最外面是一个事件结构，只有一个分支，
主要作用是使前面板用户操作与程序框图执行保持 同步，如果分支中的任一事件发生，事件结构就被触 发，执行结构内的程序。事件结构内包含了一个平铺 式顺序结构，平铺式顺序结构可以一次显示所有帧。 当所连接的数据都传递到该帧时，将按照从左到右 的顺序执行所有帧，直到执行完最后一帧。每帧执行 完毕后会将数据传递至下一帧。使用平铺式顺序结 构可以避免使用顺序局部变量，并且可以更好地为 程序框图编写说明信息。
近年来，利用现代计算机仿真技术对飞机电源 系统进行仿真研究受到国内外的普遍关注，飞机供 电系统仿真分析日益成为影响和促进航空技术发展 的重要因素。国内外对飞机供电系统的仿真与分析 展开了大量研究，文献[2]使用Saber软件对典型的机 载负载建立了模型, 对飞机的供电系统建立集成仿 真模型,很好地实现了飞机电力系统的集成仿真。这 种仿真要知道精确的数学模型。
Abstract: Based on the simulation of power electronics and power supply system at home and abroad， this paper describes a thorough study on the simulation to 270V high-voltage DC power supply system and the development of an advanced aircraft power system demonstration software by means of LabVIEW software. Demonstration results show that the logical relationship of a certain type of advanced aircraft power supply system established by this paper is effective. The system can accurately determine system failures and take appropriate protective measures to ensure the reliable operation of the power supply system. In addition， the power supply system has so good scalability that it can be a reference to a certain extent for the engineering design of other types of aircraft power supply system.
关键词：飞机供电系统；LabVIEW；演示软件
中图分类号：TP391.9
文献标识码：A
Research of the Advanced Aircraft 270VHDC Power System Demonstration Software Based on LabVIEW
CHEN Wei-hua1，TIE Cheng2，DAI Zhen-dong2，ZHANG Shu-juan1，YANG Shan-shui1 （1.Nangjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China） (2.Shenyang Aircraft Design&Research Institute，Shenyang 110035，China)
为虚拟仪器程序，简称VI，它是LabVIEW的基本程 序单位。VI包括前面板和程序框图。前面板就是图形 化用户界面，用于设置输入数值和观察输出量。在前 面板中，用户可以使用各种图标，如旋钮、按钮、开 关、实时趋势图和事后记录图等，就像真实的仪器面 板一样。本程序中的“状态设定”功能，就是通过鼠标 点击前面板中的自定义控件来实现的。每一个前面 板都有一个框图程序与之对应。框图程序用图形化 编程语言编写，可以把它理解为传统编程语言中的 源代码，这正是LabVIEW的最大特色。
4结论
由软件的运行结果可见，程序实现了全部设计 任务，正确地实现了飞机电源系统逻辑关系，如电源 之间的转换、直流允许并联供电，交流不允许并联供 电，汇流条间传输电等；说明设计的先进飞机的电源 系统能够满足相关的供电需求和供电优先级。
仿真软件直观，具有良好的人机界面。
参考文献
[1] 沈颂华. 航空航天器供电系统[M]. 北京：北京航空航天大学出版 社，2005. 5-15.
要实现这种高可靠性的要求，必须采取冗余和 容错供电技术。
高压直流电源的额定电压为270 V，飞机高压 直流电气系统是由270 V直流供电系统和无刷直流 电动机等用电设备构成。其中供电系统由270 V直 流电源系统和固态配电系统组成。其电源系统又由 主电源、辅助电源、二次电源和应急电源等组成。如 图1所示。
3 仿真结果
（1） 空中正常供电状态 由图4可以看出，发电机Gen1、Gen2正常，所有 变换器，逆变器，接触器正常工作，IPU不工作。这种 情况下，供电容量能够满足机上所有负载的供电需 求。
图4 空中正常工作状态截图
第1期
陈卫华 等：飞机 270V 电源系统结构源自文库仿真技术研究
63
（2） 空中应急供电状态 当2台主发电机都不能向机载设备正常供电时， 将集成组合动力装置（IPU）接入电路。图4中，变换器 CONV1故障时，接触器CONB1保护断开，BTB7闭 合，28V左汇流条由CONV2通过右汇流条和BTB7供 电，实现了元件间的切换。 （3） 地面电源工作状态 地面工作时，正常条件下由地面电源向整个系 统供电，即地面工作状态时，地面电源的优先级最 高，当地面电源供电时，主发电机和集成组合动力装 置均不能向机载设备供电，如图5所示。
本文基于LabVIEW软件开发先进飞机电源系 统仿真软件，侧重于逻辑关系的仿真，可以不必知道 各部件的精确数学模型。LabVIEW是一种图形化编 程语言，它能为设计者提供一个极为简洁、轻松的图 形化设计环境，而且提供强大的模拟和数据处理功 能[3]，非常适合先进飞机供电系统演示软件的开发工 作，而且十分有利于以后软件的扩展应用。
270 V高压直流电的来源有：2台主发电机，集 成组合动力装置（IPU），地面电源。
三相交流电源的来源有：2台逆变器，将270 V高 压直流电变换成115 V交流电；2台逆变器，将28 V 直流电变换成115 V交流电。
28 V直流电源的来源有：2台变换器，将270 V高 压直流电变换成28 V低压直流电；2台蓄电池。
1 飞机270 V高压直流供电系统
先进飞机对电源系统可靠性基本要求是：供电 系统必须能够在承受多重故障的情况下仍然能够给 负载提供电力。供电系统必须能承受1个故障而不丧 失给任一非关键飞行负载提供电力的能力；承受2个 故障仍不丧失给任一关键任务负载提供电力的能 力；承受3个故障仍不丧失给任一关键飞行负载提供 电力的能力。这些故障可能出现在同一供电通道的 不同元件上，也可能出现在不同供电通道的相同元 件上，或以上述两种方式以组合形式出现。
（1.南京航空航天大学 自动化学院，江苏 南京 210016） （2. 沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳 110035）
摘 要：在总结国内外飞机供电系统仿真研究的基础上，以270V高压直流电源系统为研究对象，利用LabVIEW 软件开发先进飞机电源系统的演示软件。通过演示结果，验证了先进飞机电源系统的供电逻辑关系。结果表明， 文中针对某型先进飞机供电系统建立的供电逻辑关系是有效的。该系统可以模拟设置电源系统的各种故障，并 模拟保护动作，演示系统动态重构方案，确保飞机电源系统的可靠运行。此外，该供电系统还有很好的扩展性， 为其它型号飞机供电系统的工程设计提供了一定的参考。
仿真软件实现以下功能： （1） 显示飞机电源系统的组态图 显示图1所示的飞机电源系统的组态图，需要在 程序的前面板中用颜色表示各部件的工作状态。颜 色的含义如下：电源工作时显示绿色，不工作时显示 灰色，故障时显示红色；接触器正常闭合时显示绿 色，正常断开时显示灰色，故障（闭合或断开）时显示 红色；汇流条有电时显示绿色，无电时显示灰色，故 障时显示红色；输电线有电流通过时显示绿色，无电 流通过时显示灰色，通过的电流有问题时显示红色。 （2） 在线设置飞机状态 在下方显示飞机处于地面/空中按钮，点击后变 化。 （3） 设置和显示电源/蓄电池/变换器/逆变器的 状态。 右击地面电源、发电机，将在旁边弹出一个选项 菜单，选择它们的状态：正常工作/不工作/过压故障/ 欠压故障/过载故障。点击后电源的颜色立即改变， 各接触器可以设置一定的延时时间。 （4） 逻辑运算功能 以所有电源、汇流条和接触器为输入变量，根据 这些输入变量设定的状态，进行逻辑判断和运算，输 出所有变量的控制状态。 （5） 刷新显示功能 将经过逻辑运算以后得到的各个状态量的值返
2 仿真软件设计
270VDC 发电机1
集成组合 动力装置IPU
270VDC 外部电源
270VDC 发电机2
发电 机配 电中 变流器1 心#1 至高压直流
配电中心
270- 28V 至交流配电中心 变换器1
变流器3 主蓄电池
至高压直流 发电 配电中心 机配 电中 变流器2 心#2
变流器4
IPU蓄电池
至交流配电 中心
270- 28V 变换器2
图1 某型飞机高压直流配电系统框图
LabVIEW是美国NI公司推出的第一个采用图 形化编程技术的面向仪器的32位编译型程序开发系 统，它的目标就是简化程序的开发工作，提高编程效 率，让科学家和工程技术人员充分利用计算机的资 源和强大功能，快速简捷地完成自己的工作任务，被 称为科学家与工程师的语言[3]。 2.1 仿真软件功能：
Key words: aircraft power supply system; LabVIEW; demonstration software
收稿日期：2009- 06- 23；修订日期：2010- 01- 08
第1期
陈卫华 等：飞机 270V 电源系统结构及仿真技术研究
61
目前，由于对战斗机性能要求的提高而大量使 用了先进的机载设备,飞机正朝着多电、全电方向发 展。270 V高压直流电源系统以其具有可靠性高、效 率高、结构简单、易于实现不中断供电等优点[1],因此 成为先进飞机电源系统的首选方案。
第 30 卷 第 1 期 2010 年 2 月
文章编号：1673-4599（2010）01-0060-04
飞机设计 A飞IRCR机AFT设DES计IGN
Vol. 30 No. 1 Feb第 302卷010
飞机 270V 电源系统结构及仿真技术研究
陈卫华 1，铁 诚 2，代振东 2，张淑娟 1，杨善水 1
（3）“逻辑运算”：整个逻辑运算功能在主程序 中用一个MathScript节点来实现。节点内采用C语言 编程。该节点输入变量和输出变量均为前面板上所 有可设置的状态量，根据各状态量，应用电源电路工 作规则，来控制各接触器的通断，最终达到隔离故
障、系统重构的重要功能。
图3 空中应急工作状态截图
2.2 软件流程及具体实现 以LabVIEW为开发平台研制的用户程序被称