未來(lái)飛機(jī)動(dòng)態(tài)配電管理體系技術(shù)

1、未來(lái)飛機(jī)動(dòng)態(tài)配電管理技術(shù) -機(jī)電論文未來(lái)飛機(jī)動(dòng)態(tài)配電管理技術(shù)張苗歡（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，中國(guó)上海201210 ）【摘 要】提出了一種新穎的動(dòng)態(tài)配電管理方法。首先，依據(jù)電源的容量、 飛行階段和負(fù)載的重要等級(jí)，來(lái)確認(rèn)負(fù)載優(yōu)先級(jí)。從而依據(jù)各個(gè)飛行階段的狀態(tài) 邏輯信號(hào)和故障狀態(tài)量來(lái)建立功率需求方程。然后，建立電氣負(fù)載控制方程。最 后，詳細(xì)地分析動(dòng)態(tài)配電管理過(guò)程。關(guān)鍵詞動(dòng)態(tài)配電管理；負(fù)載優(yōu)先級(jí)；功率需求方程；負(fù)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(jiǎn)介：張苗歡，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)槊裼蔑w機(jī)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。0引言在

4、未來(lái)的飛機(jī)，飛機(jī)上的設(shè)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(shè)備變得越來(lái)越重要?jiǎng)討B(tài)配電管理，需要供電的設(shè)備需獲得足夠的電源，這就意味著發(fā)電機(jī)提供 的總功率需足夠大地滿足整個(gè)飛機(jī)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(fù)責(zé)采用合適的方法給所有的負(fù)載調(diào)節(jié)和分配電源。為了充分利用可利用的電源，每個(gè)負(fù)載的性能特性和運(yùn)行情況需要進(jìn)行全面詳細(xì)的研究。 所有負(fù)載的供電優(yōu)先級(jí)要求管理需要進(jìn)行討論和研究。電氣負(fù)載的電源需求方程 和控制方程將會(huì)建立。通過(guò)采用動(dòng)態(tài)配電管理方法，電源系統(tǒng)的可靠性和維修性 將會(huì)有顯著的改善。1負(fù)載優(yōu)先級(jí)當(dāng)一個(gè)或多個(gè)飛機(jī)電源失效時(shí)，剩余的電源

5、無(wú)法滿足正常情況下所有用電負(fù) 載的電源需求。動(dòng)態(tài)配電管理系統(tǒng)將會(huì)按照預(yù)先確定的負(fù)載優(yōu)先級(jí)自動(dòng)卸載一些 電氣負(fù)載，保證剩余負(fù)載的功耗與供電系統(tǒng)的容量匹配， 從而繼續(xù)保證飛機(jī)的安 全飛行。電氣負(fù)載的自動(dòng)管理是基于負(fù)載的優(yōu)先級(jí)。設(shè)置負(fù)載管理的優(yōu)先級(jí)別取決于 發(fā)電機(jī)的數(shù)量、發(fā)電機(jī)的容量、飛行階段、匯流條的配置、負(fù)載的類型和電源要 求。依據(jù)負(fù)載分析結(jié)果，需要控制的所有電氣負(fù)載可按照其在每個(gè)飛行階段的重 要性進(jìn)行排序。每個(gè)負(fù)載的重要性和額定功率需要詳細(xì)地研究。 供電的優(yōu)先級(jí)說(shuō) 明了負(fù)載獲得電源的優(yōu)先級(jí)。每個(gè)需要管理的電氣負(fù)載在每個(gè)飛行階段都有相應(yīng) 的優(yōu)先級(jí)。序號(hào)越小，供電的優(yōu)先級(jí)越高。這些優(yōu)先表存儲(chǔ)在匯流

6、條功率控制器（BPCU）中。當(dāng)BPCU檢測(cè)到發(fā)電通道產(chǎn)生了過(guò)流，BPCU將會(huì)比較過(guò)流值和基限值，從而決定卸載哪些負(fù)載來(lái)消除過(guò)載問(wèn)題。隨后BPCU將給遠(yuǎn)程功率控 制器（RPDU）和電氣負(fù)載管理控制器（ELMC ）發(fā)送卸載要求卸載相關(guān)負(fù)載。2功率需求方程動(dòng)態(tài)配電管理系統(tǒng)通過(guò)智能接觸器和 SSPC執(zhí)行負(fù)載控制功能。在各飛行階段，BPCU將飛行任務(wù)信息發(fā)送給 RPDU和ELMC。RPDU和ELMC將計(jì)算相應(yīng)的功率需求方程和負(fù)載控制方程，從而控制每個(gè)電氣負(fù)載的通斷。在不同的飛行階段，需在不同的飛行任務(wù)下進(jìn)行供電的相關(guān)負(fù)載，當(dāng)電源系統(tǒng)正常運(yùn)行且負(fù)載狀態(tài)控制邏輯滿足要求時(shí)， 這些負(fù)載將被接通供電。當(dāng)負(fù)載應(yīng)

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

8、狀 態(tài)、高級(jí)控制信號(hào)和電源的功率容量有關(guān)。 如果電氣負(fù)載的控制裝置失效，相應(yīng) 負(fù)載的供電將會(huì)被禁止。若目前的電源功率容量無(wú)法滿足運(yùn)行的該飛行階段電氣 負(fù)載的功率需求時(shí)，動(dòng)態(tài)配電管理系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)卸載一些負(fù)載。 負(fù)載控制方程如下所示：cr/)rQOsnHICon:負(fù)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(yīng)的負(fù)載將會(huì)在接通后開(kāi)始工作。 Con=0 :表示控制裝置不能被接通，相應(yīng) 的負(fù)載無(wú)法獲得電源。N :每個(gè)電氣負(fù)載的狀態(tài)標(biāo)志。N=1 :表示電氣負(fù)載正常工作，可以獲得電 源。N=0 :表示電氣負(fù)載故障。D：目前飛行階段，電氣負(fù)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(fù)載供電。D=0 :表示在目前的飛行階段該負(fù)載不需要工作。Q:表示上面提及的電氣負(fù)載的功率需求信號(hào)，是功率需求方程的結(jié)果。Q=1 :表示這個(gè)負(fù)載能獲得電源。Q=0 :表示這個(gè)負(fù)載不能獲得電源。S:表示來(lái)自BPCU的卸載信號(hào)。S=1 :表示卸載信號(hào)有效，該負(fù)載需被卸 載。H :表示來(lái)自駕駛艙的高級(jí)控制信號(hào)。H=1 :表示高級(jí)控制信號(hào)有效。H=0 : 表示無(wú)高級(jí)控制信號(hào)。駕駛員通過(guò)位于駕駛艙的觸摸屏接通或關(guān)閉一些重要負(fù) 載，擁有較高的優(yōu)先級(jí)去干涉系統(tǒng)。|需要控制的每個(gè)負(fù)載分別擁有獨(dú)特的控制方程，這些負(fù)載的控制方程通過(guò)RPDU和ELMC解決。4 動(dòng)態(tài)配電管理正常運(yùn)行時(shí)，電源的功率容

10、量足夠每個(gè)電氣負(fù)載運(yùn)行。然而，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā) 生故障，或一個(gè)或兩個(gè)主發(fā)電機(jī)不可用時(shí)，剩余的功率容量不足以支持所有的電 氣負(fù)載。在這種情況下，一些非重要負(fù)載應(yīng)該被自動(dòng)卸載。因此，動(dòng)態(tài)配電管理 系統(tǒng)將會(huì)運(yùn)行去管理電氣負(fù)載。對(duì)于多發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)，配電管理包括兩個(gè)階段：系統(tǒng)重構(gòu)和電氣負(fù)載自動(dòng)卸載。首先，BPCU實(shí)時(shí)收集飛行任務(wù)剖面和電源的狀態(tài)。當(dāng) BPCU監(jiān)測(cè)到發(fā)電通 道發(fā)生故障時(shí)，它將會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)，如圖1所示。之后，BPCU仍然監(jiān)測(cè)發(fā)電通道的過(guò)載信號(hào)，它將決定哪些負(fù)載需要卸載， 然后將這些負(fù)載的卸載信號(hào)發(fā)送給相應(yīng)的 RPDU或ELMC。RPDU和ELMC將 會(huì)等待負(fù)載管理程序解決負(fù)載控制方程。然后一些

11、非重要負(fù)載將會(huì)自動(dòng)卸載。當(dāng)飛行階段轉(zhuǎn)換或發(fā)電系統(tǒng)故障時(shí)，電氣負(fù)載控制程序?qū)?huì)被觸發(fā)。按照飛行階段，每個(gè)負(fù)載對(duì)應(yīng)的故障狀態(tài)和電源狀態(tài)， 電氣負(fù)載控制程序能夠確認(rèn)負(fù)載 的電源請(qǐng)求信號(hào)。隨后負(fù)載控制程序?qū)?huì)計(jì)算當(dāng)前每個(gè)負(fù)載的控制命令，將能夠 為一些電氣負(fù)載供電。負(fù)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(pán)拒別必止4 -：v圖2負(fù)裁管珂流釋圖負(fù)載管理工程由RPDU和ELMC實(shí)現(xiàn)。在飛行過(guò)程中，RPDU和ELMC監(jiān) 控狀態(tài)控制邏輯信號(hào)、飛行階段信號(hào)、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(hào)、來(lái)自BPCU

12、的卸載信號(hào)和來(lái)自駕駛員的高級(jí)控制信號(hào)，RPDU和ELMC將會(huì)完成負(fù)載控制方程。最 后，每個(gè)負(fù)載將會(huì)按照負(fù)載控制方程的結(jié)果獲得電源，整個(gè)過(guò)程是自動(dòng)運(yùn)行的。4 結(jié)論通過(guò)使用此動(dòng)態(tài)配電管理方法，所有的電氣負(fù)載可以有效地管理。通過(guò)使用此方法，依據(jù)詳細(xì)的負(fù)載分析和負(fù)載分配， 確認(rèn)開(kāi)關(guān)設(shè)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(dāng)發(fā)生過(guò)載故障時(shí)，通過(guò)使用 動(dòng)態(tài)負(fù)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(xiàn)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