多电飞机机电系统关键技术探究

多电飞机机电系统关键技术探究

【摘要】随着波音787飞机的出现，多电飞机在民用航空领域的应用已经成为现实。多电飞机技术在飞机的电源系统、飞控系统、环控系统以及刹车系统等方面都有具体的体现，其关键技术的发展也推动着飞机全电化进程。

【关键词】多电飞机；机电系统；波音787

0 引言

飞机主发动机除了完成提供飞行所需的动力这一主要功能之外．还为飞机上四种次级功率系统，即液压、气压、电气和机械系统提供原动力。多种二次能源造成飞机上接口多，飞机对地面设备的依赖性大．

自主性小。为了提高飞机可靠性、可维护性以及使用成本．多电飞机技

术的研究成为飞机发展的重要方向

多电飞机(MEA，MoreElectricAircraft)是一种用电力系统部分取

代原来的液压、气压和机械驱动系统的飞机，力图使飞机的次级功率

系统尽量多地用电的形式分配

采用电能取代其它的二次能源的多电飞机涉及到飞控系统、环控

系统、防除冰系统以及起落架系统等诸多机电系统的设备和技术的变

革一

1 飞行控制系统

功率电传(PWB)技术的应用是多电飞机的重要表现功率电传是

指由飞机次级能源系统至作动系统各执行机构之间的功率传输是通

过电导线以电能量传输的方式完成的

传统的飞机采用液压作动系统．由于飞机全身布满液压管路．增加了飞控系统的总重量．使飞机的受攻击面积增大．导致飞机战伤生

存率不高：其次高压化和大功率则使传统飞机液压系统的效率问题日

益突出，进而引发了诸如散热、使飞机燃油总效率降低等问题。而在多

电飞机上将飞机次级功率系统中的液压作动机构改为功率电传．给飞

行器的操纵和控制方式带来巨大变化．其优点包括：可靠性高、生存力

强、维修性好、效率高、容错力强、大量节省费用。

采用功率电传作动系统将取消飞机上既有电源又有液压源双个

二次能源的结构，对发展多电、全电飞机具有重要意义。目前的功率电

传作动系统主要有两类：一种是电动静液作动系统(EHA1方案：另一种

是机电作动系统(EMA)

f1)电动静液作动器EHA(ElectroHydrostaticActuator)

电动静液作动系统由控制器、电动机及其所驱动的液压泵、液压

作动器组件、高压液压油箱组成。其中控制器包括数字控制和电机控

制两个部分，数字控制部分起着伺服控制的作用，实现回路闭合、系统

监控和余度管理等功能：并与飞行控制计算机和数据链接口．接受飞

行控制计算机发出的电动机驱动指令和把数据发送给飞行控制计算

机进行诊断。电机控制部分则响应来自数字控制部分的指令，对电机

实施脉宽调制．把电力加到电机上以驱动液压泵系统中的电机驱动

一个液压泵．把油液从其自身的小油箱中输出．从而驱动副翼．它的液

压系统与中央液压系统相对独立

(2)机电作动器EMA(ElectromechanicalActuator)

EMA作动系统通常包括飞控计算机、接线盒、飞机400Hz电源、功率控制监控电路及EMA作动器本体EMA作动器本体由直流无刷

电动机、滚珠丝杠和微处理控制器以及位置、速度、电压和电流监控装

置等组成EMA系统可以在不改动原来的飞行控制系统的情况下代

替普通的作动器

2 环境控制系统

B787飞机环控系统首创地取消了发动机引气．而是采用了电环

控技术。飞机环境控制系统(Ecs)的主要功用是：给驾驶舱、客舱增

压、通风和控制其温度；给设备通风冷却。现在大型民航客机上使用的

ECS．是用发动机压气机引气作为其气源的．主要作用是调节空气的

流量、压力和温度等。发动机从压气机引气会对其燃油消耗产生明显

的影响。燃油消耗率主要取决于下列参数：引气流量、引气压力和发动

机功率等现有传统的ECS只由发动机引气提供其工作所需的能量．即在任何条件下，特别是在恶劣工况(低压、高温．尤其是在起飞和爬

升阶段)下．发动机引气是ECS工作的唯一动力源．而不需要使用其

它能源。

ECS的电气化是指其驱动能源用电能取代发动机引气能源这种

系统可称为全电ECS 全电ECS不再从发动机引气．其工作不会直接

影响发动机热动力循环．可节省飞机燃油消耗．减少飞机性能代偿损

失全电ECS的电能消耗量直接与乘客的数量有关．因为乘客的数量

决定了座舱所需要的新风流量每个乘客所需的最小新风量由适航标准确定。在所有的非推进系统中，ECS和机翼防冰系统(WlPS)的能耗

最大，对多电飞机而言．这一点更加突出。ECS的电气化将在发电、电

能管理和节省燃油等方面发挥重要作用．同时也会对利用发动机引气

的其它系统(如WlPS)产生较大的影响

3 防除冰系统

飞机在负温云层中飞行或具有负温表面的飞机在正温云层或无

云大气中飞行时．可以发生飞机结冰现象飞机结冰对飞机的飞行危

害很大，轻者造成飞机飞行性能降低．重者会导致机毁人亡的严重事

故因此．飞机防冰系统对安全飞行是必不可少的

根据防冰系统所采用的能量方式，有机械防冰系统、液体防冰系

统、气热防冰系统、电热防冰系统。其中电热防冰系统是目前较多采用

的系统，它主要由加热元件、转换器、绝缘层、过热保护装置、温度传感

头及电源等组成电热防冰技术将电能转变为热能．加热部件的待防

护表面．使其不结冰。电热防冰系统一般由电源、选择开关、过热保护

装置．及电加热元件等组成选择开关有“手动”、“自动”等位置。当位

于“自动”位置时．飞机结冰传感器感受结冰电讯号．自动接通或断开

系统电源。过热保护装置f包括温度传感头和继电器)用来防止部件表面蒙皮过热而变形。电加热元件将电能转变为热能，对部件表面加热、

除冰电防冰的加热方式有连续加热和间断加热两种方式。对表面不允许结冰或加热耗电功率较小的部件(如风挡、空速管等)，常用连续加

热的方式：对表面允许少量结冰或加热耗电功率较大的部件(如