未來飛機動態(tài)配電管理體系技術(shù)

1、未來飛機動態(tài)配電管理技術(shù) -機電論文未來飛機動態(tài)配電管理技術(shù)張苗歡（上海飛機設計研究院，中國上海201210 ）【摘 要】提出了一種新穎的動態(tài)配電管理方法。首先，依據(jù)電源的容量、 飛行階段和負載的重要等級，來確認負載優(yōu)先級。從而依據(jù)各個飛行階段的狀態(tài) 邏輯信號和故障狀態(tài)量來建立功率需求方程。然后，建立電氣負載控制方程。最 后，詳細地分析動態(tài)配電管理過程。關(guān)鍵詞動態(tài)配電管理；負載優(yōu)先級；功率需求方程；負載控制方程【Abstract 】In this chapter, a novel dynamic power distributen man ageme nt method is brought

2、forward. The load priority levels are set up accord ing to the power capacity of power sources, flight phases and the importa nee of loads. Then the power request equati on is established in accorda nee with the status logic sig nals and the default status value un der each flight phase. After that,

3、 the electric load con trol equatio n is established. Fin ally, the dyn amic power distributi on man ageme nt process is an alyzed in detail.【Key words 】Dynamic power distribution management; Load priority levels; Power request equati on; Load con trol equati on作者簡介：張苗歡，碩士，工程師，主要研究方向為民用飛機電源系統(tǒng)設計。0引言在

4、未來的飛機，飛機上的設備和系統(tǒng)的二次電源被電源取代。如何有效和高效地管理和控制所有的這些設備變得越來越重要動態(tài)配電管理，需要供電的設備需獲得足夠的電源，這就意味著發(fā)電機提供 的總功率需足夠大地滿足整個飛機的需求。于是，按照各種各樣的飛行剖面和不 同狀況，配電管理負責采用合適的方法給所有的負載調(diào)節(jié)和分配電源。為了充分利用可利用的電源，每個負載的性能特性和運行情況需要進行全面詳細的研究。 所有負載的供電優(yōu)先級要求管理需要進行討論和研究。電氣負載的電源需求方程 和控制方程將會建立。通過采用動態(tài)配電管理方法，電源系統(tǒng)的可靠性和維修性 將會有顯著的改善。1負載優(yōu)先級當一個或多個飛機電源失效時，剩余的電源

5、無法滿足正常情況下所有用電負 載的電源需求。動態(tài)配電管理系統(tǒng)將會按照預先確定的負載優(yōu)先級自動卸載一些 電氣負載，保證剩余負載的功耗與供電系統(tǒng)的容量匹配， 從而繼續(xù)保證飛機的安 全飛行。電氣負載的自動管理是基于負載的優(yōu)先級。設置負載管理的優(yōu)先級別取決于 發(fā)電機的數(shù)量、發(fā)電機的容量、飛行階段、匯流條的配置、負載的類型和電源要 求。依據(jù)負載分析結(jié)果，需要控制的所有電氣負載可按照其在每個飛行階段的重 要性進行排序。每個負載的重要性和額定功率需要詳細地研究。 供電的優(yōu)先級說 明了負載獲得電源的優(yōu)先級。每個需要管理的電氣負載在每個飛行階段都有相應 的優(yōu)先級。序號越小，供電的優(yōu)先級越高。這些優(yōu)先表存儲在匯流

6、條功率控制器（BPCU）中。當BPCU檢測到發(fā)電通道產(chǎn)生了過流，BPCU將會比較過流值和基限值，從而決定卸載哪些負載來消除過載問題。隨后BPCU將給遠程功率控 制器（RPDU）和電氣負載管理控制器（ELMC ）發(fā)送卸載要求卸載相關(guān)負載。2功率需求方程動態(tài)配電管理系統(tǒng)通過智能接觸器和 SSPC執(zhí)行負載控制功能。在各飛行階段，BPCU將飛行任務信息發(fā)送給 RPDU和ELMC。RPDU和ELMC將計算相應的功率需求方程和負載控制方程，從而控制每個電氣負載的通斷。在不同的飛行階段，需在不同的飛行任務下進行供電的相關(guān)負載，當電源系統(tǒng)正常運行且負載狀態(tài)控制邏輯滿足要求時， 這些負載將被接通供電。當負載應

7、該且可以被接通時，功率需求方程將會發(fā)送供電需求信號給電源系統(tǒng)。 功率需求 方程取決于飛行模式和狀態(tài)控制邏輯信號。所有的輸入變量都是邏輯信號，方程 的輸出結(jié)果也是邏輯狀態(tài)。Q=1表示電氣負載要求供電。Q=0表示電氣負載不 需要供電。功率需求方程如下：QJ丫）厲三 1Iml （ 1 i7）:表示負載在七個飛行階段的運行需求信號，m仁1表示需求信號有效；lj （1 jN）:表示狀態(tài)邏輯信號，例如傳感器信號或接觸器狀態(tài)信號，lj=1表示邏輯信號有效。3負載控制方程如果負載的功率需求信號有效，意味著負載需在目前的飛行階段工作。 然而, 負載的開關(guān)控制不僅與負載的功率需求信號有關(guān)，而且與控制裝置本身的缺省

8、狀 態(tài)、高級控制信號和電源的功率容量有關(guān)。 如果電氣負載的控制裝置失效，相應 負載的供電將會被禁止。若目前的電源功率容量無法滿足運行的該飛行階段電氣 負載的功率需求時，動態(tài)配電管理系統(tǒng)將會自動卸載一些負載。 負載控制方程如下所示：cr/)rQOsnHICon:負載接通控制命令。Con=1 :表示接通控制命令可以發(fā)送給控制裝置， 相應的負載將會在接通后開始工作。 Con=0 :表示控制裝置不能被接通，相應 的負載無法獲得電源。N :每個電氣負載的狀態(tài)標志。N=1 :表示電氣負載正常工作，可以獲得電 源。N=0 :表示電氣負載故障。D：目前飛行階段，電氣負載的供電缺省狀態(tài)。 D=1 :表示在目前的

9、飛行階段 需要向該負載供電。D=0 :表示在目前的飛行階段該負載不需要工作。Q:表示上面提及的電氣負載的功率需求信號，是功率需求方程的結(jié)果。Q=1 :表示這個負載能獲得電源。Q=0 :表示這個負載不能獲得電源。S:表示來自BPCU的卸載信號。S=1 :表示卸載信號有效，該負載需被卸 載。H :表示來自駕駛艙的高級控制信號。H=1 :表示高級控制信號有效。H=0 : 表示無高級控制信號。駕駛員通過位于駕駛艙的觸摸屏接通或關(guān)閉一些重要負 載，擁有較高的優(yōu)先級去干涉系統(tǒng)。|需要控制的每個負載分別擁有獨特的控制方程，這些負載的控制方程通過RPDU和ELMC解決。4 動態(tài)配電管理正常運行時，電源的功率容

10、量足夠每個電氣負載運行。然而，當發(fā)電系統(tǒng)發(fā) 生故障，或一個或兩個主發(fā)電機不可用時，剩余的功率容量不足以支持所有的電 氣負載。在這種情況下，一些非重要負載應該被自動卸載。因此，動態(tài)配電管理 系統(tǒng)將會運行去管理電氣負載。對于多發(fā)動機的飛機，配電管理包括兩個階段：系統(tǒng)重構(gòu)和電氣負載自動卸載。首先，BPCU實時收集飛行任務剖面和電源的狀態(tài)。當 BPCU監(jiān)測到發(fā)電通 道發(fā)生故障時，它將會進行系統(tǒng)重構(gòu)，如圖1所示。之后，BPCU仍然監(jiān)測發(fā)電通道的過載信號，它將決定哪些負載需要卸載， 然后將這些負載的卸載信號發(fā)送給相應的 RPDU或ELMC。RPDU和ELMC將 會等待負載管理程序解決負載控制方程。然后一些

11、非重要負載將會自動卸載。當飛行階段轉(zhuǎn)換或發(fā)電系統(tǒng)故障時，電氣負載控制程序?qū)挥|發(fā)。按照飛行階段，每個負載對應的故障狀態(tài)和電源狀態(tài)， 電氣負載控制程序能夠確認負載 的電源請求信號。隨后負載控制程序?qū)嬎惝斍懊總€負載的控制命令，將能夠 為一些電氣負載供電。負載管理流程圖如圖 2所示。3r;r押制城甘歐呱吿IFE沁燉禮1.伯軌謖仁：；址I! St盤拒別必止4 -：v圖2負裁管珂流釋圖負載管理工程由RPDU和ELMC實現(xiàn)。在飛行過程中，RPDU和ELMC監(jiān) 控狀態(tài)控制邏輯信號、飛行階段信號、供電通道狀態(tài)和控制裝置的目前故障狀態(tài)， 并完成功率需求方程。隨著 SSPC/接觸器失效狀態(tài)信號、來自BPCU

12、的卸載信號和來自駕駛員的高級控制信號，RPDU和ELMC將會完成負載控制方程。最 后，每個負載將會按照負載控制方程的結(jié)果獲得電源，整個過程是自動運行的。4 結(jié)論通過使用此動態(tài)配電管理方法，所有的電氣負載可以有效地管理。通過使用此方法，依據(jù)詳細的負載分析和負載分配， 確認開關(guān)設備的故障狀態(tài)矩陣，供電 系統(tǒng)的電源容量可以得到有效地減小。 更重要的，當發(fā)生過載故障時，通過使用 動態(tài)負載管理，剩余的供電電源容量能夠盡可能地得到更有效地利用參考文獻1 Joseph A. Weimer. Electrical Power Tech no logy for the More Electric Aircraf

13、tG. Wright Patterson AFB, OH 45433-7658.2 Mike Si nn ett. 787 No- Bleed Systems: Savi ng Fuel a nd En ha ncing Operatio nal Efficie nciesJ. AERO magazi ne, 2007,07:(28).3 Moir, I. and Seabridge, A. G. Aircraft systems: mechanical,electrical, and avionics subsystems integrationM.3rd Ed. Wiley,Chichester, West Sussex, England