陕西汉中中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司 黄涛 陶逢 高霞 723213
摘要：飞机的电气系统由供电系统与用电设备组成。近年来，由于飞机上（特别是战斗机）用电设备的增加和自动化程度的提高，多电飞机、全电飞机概念的提出，对航空电源的要求越来越高，要求航空电源大幅度提高容量。随着航空科学技术的迅速发展，飞机中先进的机载用电设备大幅度增加，供电系统与用电设备的兼容性问题日益突出。基于此，本文针对飞机用电设备的供电兼容性测试，并提出具体的设计方法，为保证系统的可行性与合理性提供参考借鉴。
关键词：飞机用电设备；供电兼容性；兼容性测试；系统设计
引言
随着电子、电气、计算机、控制技术的飞速发展，飞机上装备的电子设备种类越来越多，发射功率越来越大，应用的频谱也越来越广，使得机载设备工作的电磁环境越来越复杂，加之设备灵敏度的不断提高，这些因素极大增加了飞机电磁兼容性（EMC）的设计难度。可以说，EMC成为考核现代飞机设计合理性和科学性的重要指标之一[1]。大型飞机的研制是一项复杂的系统工程。飞机驾驶舱、机尾、机舱、机翼、发电机的电源是不同的，而且整个电源系统比较复杂。为了确保机载设备能够适应飞机的电源环境，必须对机载设备电源性能进行可靠、精确的评估，因此建设机载设备电源性能检测能力刻不容缓。
1测试原理及系统组成
目前,飞机电源系统逐渐朝着大功率、小型化和可靠性方向发展,从飞机质量、耗费等出发也是飞机电源系统发展的必然趋势。随着技术的发展,飞机用电设备也将发生适应性变化,对用电设备的供电兼容性检查也不容忽视。飞机供电特性中对270V直流供电的稳态电压、畸变系数、畸变频谱、脉动幅度和电压瞬变等作出了相应规定和要求[2],因此,需要对在该供电特性下用电设备的供电电磁兼容性进行检查。为了更好地进行直流270V供电特性研究,本文设计了一套完整的直流270V供电特性激励及测试设备,用于模拟机上供电,对机载用电设备进行测试、评估。直流270V供电特性测试系统由主控单元、采样单元、主电源和受控交变功率单元组成,具体如图1所示。用电设备的电源供电状态一般包括供电正常、供电非正常等。主控单元根据人机交互界面设置用电设备的各种供电状态测试参数,对主电源和受控交变功率源进行控制,为用电设备提供不同供电状态；主电源根据主控单元信号产生相应的直流功率电压输出；受控交变功率源根据主控单元信号产生相应的脉动功率电压输出。
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2系统硬件设计
在测试系统中，系统的主电源采用可调电压，其电压输出在180-350V范围内，系统输出电流设计确定为200A。
2.1主电源
以主控单元在信号分配后产生的直流输出以及稳态电压和瞬态变化电压保持稳态的部分为依据，与交变功率源充分配合得到整个变化波形。系统中，主电源实际工作时间很长，无论是发热量还是输出功率都可以达到很大，承受一定应力，在设计中必须考虑它的长时间与大功率特点，确保输出电压保持稳定，并具有良好的带载能力，此外还要对温度进行实时监视，如果温度超限，应立即予以保护。三相电源在转换单元的整流作用下变成脉动支路电压，之后经电阻的缓冲由滤波电容滤波，使脉冲直流变成直流电压。直流电压在转换单元的作用下变成稳压直流电压，其电压的大小在180-350V范围内。电压控制信号与由转换单元产生的输出电压经过电压调节单元的对比后，对输出波形实际宽度进行控制，确保输出电压可以满足电压值要求，若输出值较高，则减小波形的宽度，促使输出适当下降；相反，若输出值较低，则增大波形的宽度，促使输出适当上升[2]。
2.2受控交变功率源
在主控单元完成信号分配后，以其产生的功率输出为依据（宽度为设定值，且为瞬变直流），结合瞬态变化电压当中发生变化的部分，与主电源充分配合得到整个变化的波形。三相电源在转换单元中经过整流作用变成脉动直流电压，之后经电阻的缓冲由滤波电容滤波，使脉动直流变成直流电压。转换单元采用线性控制方式和跟随器输出，其输出波形和由主控单元产生的波形完全一致，具有很好的精度。在此基础上，还应采用逻辑保护，通过对电流信号和温度等的采集，实现过流及温度保护[3]。
2.3采样单元
对于整个采样单元，主要由以下两部分组成：其一，隔离传感器；其二，整形电路，具有良好的抗干扰能力。其中，传感器的主要作用在于实现采样，对各个点位的实际电流与电压数值进行采集，防止高电压和大电流对系统造成干扰。
3系统软件设计
系统的软件部分由两个部分构成，分别为测试显示和数据处理及控制器。对于主程序，可简化为以下流程：开始→初始化→等待→状态设定→逻辑运算→刷新显示→确认测试是否继续，确认后返回状态设定环节，若否则结束。
其中，显示和数据处理包含以下四个模块：其一，自检；其二，通信；其三，显示控制；其四，数据处理。这一部分可建立系统人机交互界面，具有良好的可视化功能，能对包含瞬变电压及时间与持续时间等在内的数值进行设定，同时还能对控制指令进行输出；除此之外，还能接收从控制器中输出的状态信息及各类试验数据，完成数据处理，根据数据处理的结果进行参数设置，并和接收到的数据实施对照分析，最后以图形的方式显示。而控制器主要包含以下几个模块：其一，自检；其二，通信；其三，主电源控制；其四，功率源控制；其五，数据采集，该软件主要对主电源实际工作模式进行控制和切换，同时把所有采集到的状态信息及试验数据都及时发送至系统的上位机当中[4]。
3试验数据分析
用电设备供电兼容性测试系统为供电设备提供正常供电、电压瞬变和供电故障等供电状态,并且对测试系统输出端供电状态和负载输入端供电状态进行对比,精准模拟电压瞬变、电流畸变等,为用电设备提供不同供电状态,以完成用电设备供电兼容性测试。测试项目选择界面如图2所示。电压瞬变供电状态下,测试系统正常电压瞬变试验输出供电状态如图3所示。
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用电设备供电兼容性测试系统输出端具备灌电流能力和吸电流能力,可以达到快速响应的效果,动作时间控制精准,瞬变到稳态持续时间可精确到1ms,满足使用要求。
结束语
综上所述，由于飞机所用电源系统会由于用电负载不同而产生十分复杂的特性，所以对飞机的用电设备在不同特性条件下的兼容性与实际工作状态进行测试是十分重要的，通过以上设计，可形成一套用于测试的系统，便于测试人员的实际操作。
参考文献
[1]卢建华,郝凯敏,赵学远,等.一种数字式飞机高压直流发电机的电压调节器设计[J].自动化与仪表,2019,34(9):66-70.
[2]薛开昶,罗宗鑫,甘忠文.飞机直流母线变换器的关键技术研究[J].电源世界,2019,(2):15-21.
[3]王文健,王建强.飞机直流供电特性测试系统畸变频谱参数校准方法[J].计测技术,2018,38(2):42-46.
[4]薛开昶,钟俊杰,龙江.飞机直流母线电压变换器的平面变压器设计[J].大功率变流技术,2017,(2):58-62.