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浅述现代飞机电源的发展

时间:2013-05-23来源:易品网 点击:

电子科技论文摘要:现代飞机的电源系统是飞机上一个较为重要的系统,它主要是由电源、辅助电源、应急电源、二次电源、电源保护、调节、稳定、检测电路等部分组成。现代飞机的电源系统包含四种类型。现代飞机电源的发展趋势将是我们主要探讨的问题。

一、引言
  飞机上的电源系统主要是向飞机上所有的用电设备提供电能服务的,如:飞行控制系统、武器控制系统、照明及防冰设置、各种电子设备、生活设施等。飞机电源系统的供电质量及其可靠性程度影响着飞机的正常工作,是保证飞机完成安全飞行和作战任务的基础。随着科学技术的不断进步,飞机电源系统逐渐发生了变化。
  现代飞机有很多各种电子设备组成,这些电子设备加大了飞机的用电负载,也使得用电负载出现了复杂的特性。如:雷达、导航设备内部的开关电源,当电网电压降低时将会吸取更大的电流,这属于恒功率负载。再例如:各种电力回传机构、电动机等属于再生性负载。这些负载的存在都将影响着飞机电源系统的稳定,这也会对飞机机载电子系统带来不利影响,严重的环江导致飞机产生危险操作。因此,必须对飞机的电源系统的发展趋势进行研究和分析,以此来确定更适合的电源系统。

二、飞机电源系统的发展过程
  随着国际航空科学技术的迅猛发展,飞机在飞行速度、飞行高度、飞行航程、作战性能等方面均有了较大提高。因此,飞机上的各种电子设备在不断增加,用电量的增加也对飞机电源系统的系统结构和控制程度提出了较高的要求。现代飞机电源系统的发展主要经历了28V低压直流电源、270V高压直流电源、400Hz恒频交流电源、360-800Hz 115/200V变频交流电源。
  (一)低压直流电源系统
  这是飞机最早采用的电源系统,50年代以前的飞机电源系统都是这汇总电源系统。目前仍在很多小型飞机和直升飞机上使用。这是飞机电源系统发展的重要里程碑。飞机的这种直流电源系统的发展经历了将近一百年的时间,它的额定电压也由最初的6V、12V转变为如今的28V。该电源系统主要由直流发电机、调压器、保护器、滤波器组成。
  (二)高压直流电源系统
  270V的直流高压电源系统曾经被美国的F-14A战斗机使用,在局部配置了高压直流供电技术。该系统有发电机、控制器组成。美国的F-22、F-35两款战斗机分别采用了65kW\250kW的270V高压直流发电系统。这也将是今后飞机电源发展的主要方向之一。
  (三)恒频交流电源系统
  随着科学技术的不断进步,飞机上的电子设备不断增加,也就增加了飞机上的用电量。同时还对飞机电源的供电质量提出了较高的要求,原来的低压直流电源已经不能继续满足飞机用电发展的需要,面对这样的挑战,飞机交流电源系统得到了发展。恒频交流电源系统主要是指恒速恒频交流电系统、变速恒频交流电系统。恒频交流电源系统主要是通过恒速的传动装置来使发电机进行恒速运转,最终产生恒频的交流电。这也是目前全球各国飞机使用较为普遍的一种飞机电源系统。而变速恒频交流电源系统则是通过电子功率变换器将变频发电机输出的变频交流电转变为恒频交流电。该电源系统主要是由飞机的发动机直接来驱动,输出的交流电频率随着飞机转速的变化而发生变化,最后通过功率变换器转变为恒频交流电。
  (四)变频交流电源系统
  飞机上最早使用的交流电源系统中就包含变频交流电源。该电源系统主要是由飞机的发动机通过减速器直接驱动发电机的,它所输出的交流电频率随着发动机转速的变化而变化。目前,装有涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机的飞机上使用该电源系统。又将该系统成为:窄变频交流电源系统。

三、现代飞机电源发展趋势
  目前,大部分飞机上的辅助能源是液压能、电能、气压能三者并存的。这三大辅助能源的存在大大降低了飞机发动机的性能,使得飞机系统变的更为复杂,飞机重量增加,飞机的耗费也增加。对于不同类型的飞机而言所采用的电源系统是不同的,如果用电能取代了气压能和液压能,将大大降低飞机的重量,能在很大程度上提高飞机飞行的可靠性和维修性,并且对于降低飞机的易损性、延长飞机的使用寿命有着积极的作用。因此,未来飞机电源系统的发展方向将是:由电能来逐步取代液压能和气压能。而现代飞机也正朝着多电飞机、全电飞机的方向发展。国外最新研制的机型中Boeing787、A380等民用客机正采用变频交流电源系统。
  Boeing787飞机项目研究的进展,使“多电”飞机将成为飞机发展的趋势。其大容量的供电系统、广泛的采用电力动作技术,不仅可以减低飞机的重量,还能提高飞机的可靠性和维修性,更能降低飞机的运营成本。例如:Boeing787飞机就是一款典型的“多电”商用飞机,它的设计更接近于“全电”飞机,它的总发电功率是1450KVA。这款飞机的电源系统不同于过去的波音飞机,飞机上的电源来自于安装在发动机上的4个230V交流250kW的变频发电机和安装在辅助动力装置上的两个230V交流225kV的变频发电机共同构成的。Boeing787飞机取消了原有的气源系统。这种设计不仅又花了飞机能源的使用,更提高了飞机发动机的使用效率。再例如:F-35战斗机就是一款典型的“多电”战斗机,它的技术更先进,它是完全按照“多电”飞机来设计的,这样的设计使得该款战斗机能携带更多的高能武器。
  总之,飞机的电源系统的优劣将直接决定飞机的使用性能,随着科技的进步、社会的发展,飞机的性能将被不断提升,从飞机电源系统的发展规律,我们可以猜测到未来飞机电源系统的发展方向:未来飞机电源将朝着大功率、小型化、可靠性高的方向发展,这也是各国战斗机、民用飞机电源系统发展的必然趋势。

参考文献:
  [1]戴卫力等.航空起动/发电系统的发展趋势与研究现状[J].航空科学技术,2010,05.
  [2]王舰.浅析民用飞机电源系统发展趋势[J].内江科技,2009,05.
  [3]刘铭,黄纯洲,李勤.飞机机载机电系统多电技术的发展现状[J].航空科学技术,2005,06.
 

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