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航空电源研究及发展动向

2018-09-30  来自: 陕西联控机电设备有限责任公司 浏览次数:510

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

      随着电气技术水平的提高英超比赛下注网站英超比赛下注网站,国外正在研制“全电飞机”英超比赛下注网站,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(电源及其调节英超比赛下注网站、控制和?英超比赛下注网站;ど璞福┏莆苫缭聪低?英超比赛下注网站英超比赛下注网站,电源系统中有主电源英超比赛下注网站、辅助电源英超比赛下注网站、应急电源和二次电源英超比赛下注网站,飞机上用来传输英超比赛下注网站英超比赛下注网站、分配英超比赛下注网站、转换和控制电能的导线和设备按方式组合起来英超比赛下注网站,称为飞机配电系统或飞机电网英超比赛下注网站。飞机电网主要由传输电能的导线和电缆英超比赛下注网站、防止导线和设备受短路或超载危害的?英超比赛下注网站英超比赛下注网站;ぷ爸?、配电装置、电源英超比赛下注网站英超比赛下注网站、用电设备的控制和转换装置及电源检查仪表等组成英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站。

      电源系统与配电系统总称为飞机供电系统英超比赛下注网站。依靠电能工作的设备称为用电设备英超比赛下注网站,供电系统与用电设备总称为飞机电力系统英超比赛下注网站。

飞机主电源由发电机及其传动、调节英超比赛下注网站、控制、庇⒊热伦⑼?英超比赛下注网站英超比赛下注网站;ぷ爸玫茸槌捎⒊热伦⑼?,向正常飞行的飞机用电设备供电英超比赛下注网站英超比赛下注网站。主电源不工作时由辅助电源或地面电源供电英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站。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英超比赛下注网站,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英超比赛下注网站。

     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英超比赛下注网站英超比赛下注网站、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英超比赛下注网站。

     苏式飞机应用广泛的主电源有三种形式,低压直流电源英超比赛下注网站英超比赛下注网站、恒频交流电源和混合电源英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站?英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站;旌系缭淳褪峭辈捎昧街种鞯缭?。

各种电源与其调节英超比赛下注网站、控制、?英超比赛下注网站;ぷ爸眉暗缤黄鹱槌晒┑缦低?英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站。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英超比赛下注网站。因此英超比赛下注网站,随着飞机的发展各国都在改进和研制较理想的供电系统英超比赛下注网站。




一英超比赛下注网站英超比赛下注网站、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英超比赛下注网站,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英超比赛下注网站,保证不中断供电英超比赛下注网站英超比赛下注网站,供电安全可靠。

2.  直流电动机的启动,调整性能好英超比赛下注网站。因此英超比赛下注网站英超比赛下注网站,直流供电系统实现电力控制和操纵比较方便英超比赛下注网站。

3.直流发电机可以作为电力起动电动机使用英超比赛下注网站英超比赛下注网站,一机两用可以减轻设备总重量英超比赛下注网站。

4.由于电压低英超比赛下注网站,各种有触头转换的电路设备制造容易,体积小英超比赛下注网站英超比赛下注网站,比较安全可靠英超比赛下注网站英超比赛下注网站。

5.低压直流供电系统理论和技术不太复杂。整体维护性好英超比赛下注网站。全周期维护费用也不高英超比赛下注网站。

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

(二)低压直流供电系统存在的问题

      随着现代飞机的发展英超比赛下注网站英超比赛下注网站,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英超比赛下注网站。高空、高速使供电系统工作条件变化了英超比赛下注网站,机载设备的增多使供电量增大英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站、需要电源种类变多英超比赛下注网站。这些,对供电系统提出了更高的要求英超比赛下注网站英超比赛下注网站,使低压供电系统遇到了难以克服的问题:

1.   电机换向火花加大英超比赛下注网站、电刷磨损加剧

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

2.发电机冷却很难解决

在高空英超比赛下注网站、高速条件下,飞机上的直流发电机冷却很难解决英超比赛下注网站英超比赛下注网站。在高空条件下英超比赛下注网站,空气稀薄英超比赛下注网站、发电机的冷却效果下降。例如英超比赛下注网站英超比赛下注网站,在15公里高空时,进入发电机的冷却空气量减少五分之三。在高速飞行条件下英超比赛下注网站,应用迎面气流冷却发电机几乎成为不可能英超比赛下注网站。例如,当M=2时,入口冷空气温度达100摄氏度英超比赛下注网站;当M=2.5时入口冷却空气温度高达200摄氏度英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站。这时己不能用迎面气流来冷却发电机英超比赛下注网站英超比赛下注网站。但又不能用油冷,因为直流发电机损耗的75%在转子上英超比赛下注网站英超比赛下注网站,为了冷却英超比赛下注网站,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英超比赛下注网站,因此需要解决冷却油液的动密封问题英超比赛下注网站英超比赛下注网站,这在技术上是很难做到的英超比赛下注网站。

3.电机重量功率比增加英超比赛下注网站,供电系统重量大

      随着现代飞机用电机载设备的不断增加英超比赛下注网站,飞机电源的安装容量几十倍、几百倍地增加英超比赛下注网站英超比赛下注网站。目前英超比赛下注网站英超比赛下注网站,歼击机的安装容量可达60~120千伏安英超比赛下注网站;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240千伏安英超比赛下注网站英超比赛下注网站,辅助交流发电机40千伏安和辅助直流发电机12千伏安)英超比赛下注网站。如果仍然采用低压直流供电系统的话英超比赛下注网站英超比赛下注网站,重量将会增加很多英超比赛下注网站。仅对发电机来说,由于直流发电机换向(有刷)条件的限制英超比赛下注网站,发电机电压不能太高英超比赛下注网站,单机容量也不能太大英超比赛下注网站英超比赛下注网站,因此其重量较大,重量功率比大英超比赛下注网站。例如英超比赛下注网站,功率为18KW的ZF-18直流发电机英超比赛下注网站英超比赛下注网站、重量为41.5KG英超比赛下注网站,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英超比赛下注网站。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英超比赛下注网站,约可减少150KG英超比赛下注网站英超比赛下注网站。

     总之,对28.5V低压直流供电系统英超比赛下注网站英超比赛下注网站,解决装机容量问题英超比赛下注网站英超比赛下注网站,不能通过提高发电机电压,因为提高电压英超比赛下注网站,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英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站;不能提高单机容量,也不能增加发电机数量(安十二飞机上英超比赛下注网站,有8个主发电机СТГ-12,总功率为96KW英超比赛下注网站英超比赛下注网站,总重量为300多千克英超比赛下注网站;如果伊尔七六采用СТГ-12为主发电机英超比赛下注网站,得安装24个英超比赛下注网站,总重量近1吨)英超比赛下注网站英超比赛下注网站,因为每个发电机英超比赛下注网站英超比赛下注网站,都有一套电源系统,数量太多英超比赛下注网站英超比赛下注网站,总重量太大。因此英超比赛下注网站英超比赛下注网站,只能寻找其它供电系统英超比赛下注网站。

4.电能变换设备笨重英超比赛下注网站英超比赛下注网站、效率较低

     现代飞机上用电机载设备多英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站,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英超比赛下注网站。因此英超比赛下注网站,需要多种电能变换设备英超比赛下注网站英超比赛下注网站。如果主电源系统是直流电,要获得不同电压的直流电英超比赛下注网站,一般用直流升压机或晶体直流变换器英超比赛下注网站;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英超比赛下注网站,等等英超比赛下注网站?;缡降缒鼙浠簧璞赣⒊热伦⑼?,其效率低英超比赛下注网站,变换设备比较笨重英超比赛下注网站,一般重量功率比为10KG/KW英超比赛下注网站。而且升压机英超比赛下注网站、变流机也存在一个高空换向困难问题。所以英超比赛下注网站,机载用电设备的增多英超比赛下注网站英超比赛下注网站,使得直流供电系统在能量变换上遇到了较大困难英超比赛下注网站。这也是这种供电系统的一个不足英超比赛下注网站。

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。

二.交流供电系统

     交流供电系统分为恒频交流供电系统和变频交流供电系统。恒频交流供电系统又分为恒速恒频交流供电系统和变速恒频交流供电系统英超比赛下注网站。

(一)恒速恒频交流供电系统

       目前,在高空英超比赛下注网站、高速和装机容量大的飞机上英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站,普遍装备200/115V,三相英超比赛下注网站英超比赛下注网站,400Hz的恒速恒频交流电源。伊尔七六飞机主供电系统就是这种恒速恒频交流系统。欲使发电机提供恒速恒频交流电英超比赛下注网站,要求发电机转速恒定。但是航空发动机的转速是在较宽范围内变化的英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站,因此发电机不能由发动机直接传动,而要通过称为恒速装置的设备来传动英超比赛下注网站英超比赛下注网站。自40年代中期恒速传动装置应用以来,恒速恒频交流电源得到了迅速发展英超比赛下注网站。恒速恒频电源系统由恒速传动装置英超比赛下注网站、无刷交流发电机英超比赛下注网站、电压调节器和控制?;て鞯茸槌捎⒊热伦⑼?。二次电源主要是变压器和变压整流器,后者将200/115V三相交流电变换为28V直流电。蓄电池和静止变流器作为应急电源英超比赛下注网站。

恒速恒频交流电源克服了低压直流电源的缺点英超比赛下注网站。用旋转整流器取代电刷和滑环制成了无刷交流发电机,不存在换向问题英超比赛下注网站英超比赛下注网站。因此高空性能好英超比赛下注网站,工作转速也可提高英超比赛下注网站英超比赛下注网站,加上循油或喷油冷却技术的应用,使发电机的重量功率比大大减小英超比赛下注网站。例如:24KW的低压直流发电机重量功率比为2.1KG/KW,而60KVA喷油冷却的交流发电机仅为0.304KG/KVA。交流电源采用200/115V的供电体制,由于电压提高英超比赛下注网站,输送同样功率所用导线重量大为减轻英超比赛下注网站。交流电源的变压英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站、变流容易英超比赛下注网站英超比赛下注网站。电能变换设备结构简单英超比赛下注网站英超比赛下注网站、效率高英超比赛下注网站。

恒速恒频交流电源经过半个世纪的发展,由于液压恒速装置的改进英超比赛下注网站,控制?;さ缙鞯耐晟朴⒊热伦⑼居⒊热伦⑼?,喷油冷却技术的应用等英超比赛下注网站英超比赛下注网站,使其成为现代飞机应用广泛的一种供电形式,具有很强的竞争力英超比赛下注网站。

       恒速恒频交流电源也存在缺点:恒速转动装置结构复杂英超比赛下注网站、造价高英超比赛下注网站、故障多英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站、维护性差英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站;交流发电机难以作为起动机使用英超比赛下注网站英超比赛下注网站,另设起动设备英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站,使系统重量增加英超比赛下注网站英超比赛下注网站;控制英超比赛下注网站英超比赛下注网站、?英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站;ど璞父丛?英超比赛下注网站英超比赛下注网站,实现并联供电比直流电源复杂得多英超比赛下注网站;交流电动机虽然结构简单英超比赛下注网站,但启动英超比赛下注网站、调速性能没有直流电动机好英超比赛下注网站英超比赛下注网站。

(二)变速恒频交流供电系统

      在变速恒频供电系统中英超比赛下注网站,发电机是由发动机直接带动的英超比赛下注网站。由于发动机转速不是恒定的英超比赛下注网站,因此发电机输出的交流电的频率是变化的英超比赛下注网站英超比赛下注网站。目前有两种方法英超比赛下注网站英超比赛下注网站,把变频交流电变成恒频交流电。

1.“交-直-交”系统

      该系统主要由变频系统发电机英超比赛下注网站、三相桥式全波整流器英超比赛下注网站英超比赛下注网站、逆变器英超比赛下注网站英超比赛下注网站、波形综合系统英超比赛下注网站、输出滤波器等组成英超比赛下注网站。

变频交流发电机发出的变频交流电由三相桥式全波整流器先变成直流电,再由逆变器变换成恒频交流电英超比赛下注网站英超比赛下注网站,然后由波形综合系统和滤波器改善波形后输出英超比赛下注网站。

2.“交-交”系统

      该系统主要由高频无刷交流发电机英超比赛下注网站英超比赛下注网站、循环变频器英超比赛下注网站、功率滤波器等组成英超比赛下注网站英超比赛下注网站。循环变频器把变频交流电变成恒频交流电英超比赛下注网站,再经滤波后输出英超比赛下注网站英超比赛下注网站。

变速恒频交流系统与恒速恒频系统比较起来英超比赛下注网站,恒速传动装置的超载和短路能力较强英超比赛下注网站,体积小英超比赛下注网站,重量轻;但维护复杂英超比赛下注网站,成本高,故障多。变速恒频系统的优点是可靠性高英超比赛下注网站、维护性好英超比赛下注网站英超比赛下注网站、寿命长、效率高(为82%,而恒速恒频系统为78%)英超比赛下注网站、并联工作时有功与无功环流小英超比赛下注网站、稳态电压与频率精度高英超比赛下注网站、没有频率瞬变英超比赛下注网站、电压瞬变性能好英超比赛下注网站英超比赛下注网站、用同一基准频率源控制几台变频器容易同步运行英超比赛下注网站、单台运行时也不会产生“拍频”干扰英超比赛下注网站、变频器与发电机结合还可用于起动飞机发动机英超比赛下注网站英超比赛下注网站。存在的主要问题是英超比赛下注网站英超比赛下注网站,到目前为止,其重量功率比仍大于恒速恒频系统英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站。交-交系统比恒速恒频系统约重25%、交-直-交系统比交-交系统还要重10%左右英超比赛下注网站。变速恒频系统的重量功率比曾一度接近由轴向齿轮差动式恒装和循油冷却发电机组成的恒速恒频系统英超比赛下注网站英超比赛下注网站。但组合式电源装置的出现英超比赛下注网站,又使这个差距拉大了英超比赛下注网站英超比赛下注网站。而且英超比赛下注网站英超比赛下注网站英超比赛下注网站,变速恒速系统电能质量的优点显示不出来英超比赛下注网站,因为现在大多数飞机用电设备还没有提出这么高的要求英超比赛下注网站英超比赛下注网站,所以变速恒频系统只在个别飞机上用个主电源系统英超比赛下注网站英超比赛下注网站。

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