| 单词 | 飞机电源系统 |
| 释义 | 【飞机电源系统】 拼译：aircraft electrical power genera ting system 飞机电源系统是飞机上实现电能的产生、变换、调节和控制的系统，由主电源、二次电源、辅助电源、应急电源和地面电源供电插座等构成。主电源由航空发动机传动的发电机和控制保护电器构成，主要在飞机飞行时向机上用电设备供电。主电源不工作时由辅助电源供电，飞机蓄电池和辅助动力装置(由小型机载发动机、发电机和液压泵等构成的装置)是常用的辅助电源。飞机在地面进行检查或启动航空发动机时，由地面电源通过供电插座供电。飞机主电源发生故障时由应急电源供电，以保证飞机安全返航和着陆。 飞机电源系统常按主电源的类型分为低压直流电源，恒速恒频交流电源，变速恒频交流电源和混合电源。低压直流电源是飞机上较早使用的电源。20世纪20年代，人们把汽车电源不加修改地用到飞机上。随着飞机飞行速度和高度的增加，飞机电源工作条件及其容量与汽车电源相比有了很大的变化。30年代，飞机直流发电机由风轮传动改为航空发动机直接传动，形成了以发电机为主电源，蓄电池为应急和辅助电源，两者并联运行的供电体制。振动式电压调节器、反流割断器和发电机高限继电器(发电机最大输出电流限制用)等电磁式装置成为电源的控制保护装置，电源额定电压上升为27．5V，额定容量为数百瓦到1000W。第二次世界大战期间，军用飞机用电量和所需电能种类急剧增加。随之出现了以下问题：(1)发电机单机容量加大，电机重量功率比必须减小；(2)多发动机飞机上的多台发电机必须并联运行；(3)由于发动机的工作转速范围加大和加速性能改善，励磁系统稳定性降低；(4)飞机升限提高，电机的换向器和电刷的磨损加剧，换向性能降低；(5)二次电源容量和输出电压电流种类增多。这些问题在B．C．库列巴金等学者努力下获得圆满解决，大功率直流电源迅速地代替了小功率直流电源，单台发电机容量增加到3kW和6kW。电压调节器改为炭片式。多台发电机并联运行时功率不均衡控制在额定容量的10%以内。二次电源从升压机向变流机过渡，通过变压器可以得到多种电压交流电。50年代起动发电机的应用是喷气式飞机出现后飞机直流电源的重要发展阶段。它实现了一个电机具有两种用途，使飞机电气系统的重量显著减小，提高了电源系统的可靠性。低压直流电源的主要优点是简单和可靠。但是随着飞机用电功率的加大，特别是交流用电设备的增多，低压直流电源的弱点也就更突出了，这就是：(1)直流发电机的最大额定容量受换向器和电刷的限制，仅为12kW或18kW；(2)电源容量越大，电网得重量急剧加大；(3)二次电源功率大效率低。由航空发动机传动的变频交流电源发电机早就在飞机上使用了，由于变频交流电只适合于照明、加温和防冰等少数用电设备，故没有得到推广。航空发动机的变速运行成为飞机上应用恒频交流电的主要障碍。1946年美国桑特斯脱朗公司发明的恒速传动装置为恒速恒频交流电源的诞生奠定了基础。恒速恒频交流电源的主电源由恒速传动装置、交流发电机和控制器等构成，产生115／200V三相400Hz交流电。辅助电源为辅助动力装置，应急电源为蓄电池或应急发电装置；二次电源为变压整流器。50年代美国麻省理工学院。M．里茨等应用电子模拟计算机研究了飞机同步发电机的电压调整问题和并联运行特性，为波音707飞机多台同步发电机的并联运行奠定了理论基础。之后，飞机恒速恒频交流电源经历了4个发展阶段。50年代为第1阶段，采用差动液压恒速传动装置、带直流励磁机的有刷同步发电机和电磁式控制与保护电路。60年代为第2阶段，采用齿轮差动液压恒速传动装置、旋转整流器式无刷同步发电机、磁放大器控制与保护电器。70年代初期为第3阶段，开始应用组合电源和晶体管化控制器。这3个发展阶段的共同特点是提高电能的质量，减轻电源的重量和改善系统运行可靠性。例如，组合电源将原来分离的恒速传动装置和发电机组合成一个机体，减少了零件，统一了油路：将发电机的冷却方式改为喷油冷却；磁性材料由硅钢片改为饱和磁密达2．4T的铁钴钒合金；将电机转速从6000或8000r／min提高到12000或24000r／min。使全套电源设备的重量功率比降低了一半，而平均故障间隔时间却增加了一倍(70年代功率重量比为0．71kg／kVA，平均故障间隔时间达1500h)。80年代进入了第4个发展阶段，电源设计思想有了新的变化。更注目于可靠性、维修性和全周期所需费用。电源系统自检测、自诊断和故障显示、记忆及保护等方面都应用了计算机，有的还和航空电子综合系统实行交联。60年代，电力电子器件有了新发展，而恒速恒频电源使用中恒速传动装置的问题也已暴露，西方航空研究机构和有关公司对未来飞机电源的类型、供电基本参数和电源的主要技术要求进行了广泛的研究与讨论。美国通用电气公司(GE)、西屋电气公司和本迪克斯公司的技术开发部门开始致力于飞机变速恒频电源的研究，其目的是用电力电子变换装置取代恒速传动装置，即用静止电器具取代结构复杂的机械液压式恒速传动装置。1972年A－4飞机使用第一套20kVA变速恒频电源。从此进入了变速恒频电源和恒速恒频电源竞相发展的时代。通用电气公司的20kVA电源由高频发电机和晶闸管循环变换器构成，变换器将变频高频(1200～2400Hz)交流电直换转接为400Hz恒频交流电。80年代初，由大功率二极管和三级管构成的交直交型变速恒频电源问世。这种电源所用功率电子器件少，主电路简单，又因器件允许结温达200℃，可靠性高，不仅取代了晶闸管变速恒频电源，而且使变速恒频电源在多项技术指标上超过了恒速恒频电源，成为新型航空电源的发展方向。美国西屋电气公司R．D．Jessee等为发展该类电源做出了重大贡献。现代飞机上的二次能源有电能、液压能和气压能，使飞机内部电路和管路错综复杂，生产和维修十分困难。于是统一二次能源的问题又重新提上议事日程。为此必须解决操纵和控制飞机和发动机的机电作动筒，飞机环境控制系统，航空发动机的无刷起动／发电机等主要技术问题。由于液压能和气压能都能改为电能，因而对航空电源的容量、电能种类和电能质量提出了新的要求：(1)电源容量将从目前的数十千瓦至数百千瓦发展到数百至数千千瓦，因而电源本身的效率必须很高，目前恒速恒频电源的效率为70%左右，变速恒频电源的效率为80%左右，均不适用；(2)输出电能种类和质量必须增多和提高；(3)必须进一步提高电源的可靠性和维修性，实现余度供电和不中断供电；(4)实现无刷起动／发电；(5)实现飞机电源与飞机电子综合系统的交联。发展新型航空电源所依赖的主要技术学科有材料科学、电力电子和计算机科学。例如稀土永磁材料构成的永磁发电机具有体积小、重量轻、效率高和工作可靠等特点。新的电力电子器件和电路拓扑结构成为构成大容量、高效率、高性能的电力电子变换装置的基础，而采用功率集成器件和提高开关频率又为小型化创造了条件。微型计算机的应用为飞机电源系统实现最佳运行、故障监测与保护提供了强有力的手段。由于这3门科学目前都处于蓬勃发展的状态，因而飞机电源系统也在孕育着新的突破。【参考文献】：1 Riaz M．AIEE Trans．1956，75(3)2 Miched J．Gronin AdVanced Electric Power System For All Electric Aircraft，NAECON83∶42～523 Beauchamp E D．Aircraft Electrical Power Systems，naecon85∶1527～15354 于敦译、飞机电气系统指南，北京：国防工业出版社，19835 严仰光主编．飞机直流电源，航空专业教材编审室，19866 蒋志杨，李颂伦主编．飞要供电系统．北京：国防工业出版社，1990(南京航空航天大学严仰光教授撰) |
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