基于不中斷供電技術(shù)的航空地面電源改進(jìn)方案研究

1、概述

航空電源系統(tǒng)承擔(dān)著向所有機(jī)載用電設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠、安全和不問斷供電的任務(wù)。它可以作為飛行控制、通信導(dǎo)航、武器裝備等系統(tǒng)的唯一電源。航空電源供電系統(tǒng)的優(yōu)劣和可靠性對飛機(jī)完成作戰(zhàn)任務(wù)和保障飛行過程的安全具有不可替代的作用。航空地面電源是飛機(jī)地面保障的重要設(shè)備，它的主要作用是檢查飛機(jī)地面上起動情況和機(jī)載設(shè)備的通電情況。飛機(jī)供電系統(tǒng)主要包含有三種工作狀態(tài)： 正常工作狀態(tài)、非正常工作狀態(tài)和應(yīng)急工作狀態(tài)。不同的工作狀態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的過程主要分為轉(zhuǎn)換工作和保護(hù)工作兩部分。其中，轉(zhuǎn)換工作是指在正常工作狀態(tài)下供電電源的轉(zhuǎn)換，這個過程由工作指令系統(tǒng)控制，是轉(zhuǎn)換工作的重要組成部分。

不中斷供電是一種新的供電模式，以往造成供電中斷主要是由兩個原因引起的，一個是由于供電系統(tǒng)短路引起的，另一個是由于電源之間相互轉(zhuǎn)換引起的。電源之間的轉(zhuǎn)換包括飛機(jī)上主電源之間的轉(zhuǎn)換，主電源與應(yīng)急電源之間的轉(zhuǎn)換，地面電源向飛機(jī)上電源的轉(zhuǎn)換。地面電源與飛機(jī)上主電源之間轉(zhuǎn)換屬于正常轉(zhuǎn)換，如果一臺主發(fā)電機(jī)發(fā)生故障而引起的斷電屬于故障轉(zhuǎn)換，供電系統(tǒng)通過控制程序使該發(fā)電機(jī)退出工作狀態(tài)， 由其他正常的發(fā)電機(jī)代替供電。在航空電源供電系統(tǒng)中，電源轉(zhuǎn)換過程中供電中斷的發(fā)生主要是因?yàn)楣╇娤到y(tǒng)電路中的繼電器需要一定的動作時間，電壓衰減也需要一定的時間。

2、國外發(fā)展概況

隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)載用電設(shè)備對航空電源供電系統(tǒng)的依賴性越來越強(qiáng)，現(xiàn)代化的通信設(shè)備、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)和飛機(jī)控制系統(tǒng)等各種機(jī)載電子設(shè)備不斷裝備飛機(jī)，這要求航空供電系統(tǒng)要提供穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)良的電源。機(jī)載電子設(shè)備對航空供電電源的穩(wěn)定性、精度、持久性、可靠性等技術(shù)指標(biāo)都有嚴(yán)格的要求。短時間的供電中斷都可能使飛機(jī)上的電子設(shè)備失效，從而影響到與它相關(guān)的其他用電設(shè)備，給整個飛機(jī)帶來安全隱患，危及飛行安全。對于航空電源供電系統(tǒng)的不中斷供電，控制程序比較復(fù)雜。如果需要由地面電源供電向航空電源供電轉(zhuǎn)換時，地面電源控制裝置會向飛機(jī)的發(fā)電機(jī)控制裝置發(fā)送一個信號， 實(shí)現(xiàn)飛機(jī)發(fā)電機(jī)與地面電源的輸出頻率同步。交流發(fā)電機(jī)的并聯(lián)可以解決飛機(jī)用電設(shè)備的供電，但尚未完全解決不中斷供電的問題。

3、方案設(shè)計(jì)

在飛機(jī)起動過程中瞬間斷電問題成因的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能控制理論和魯棒控制理論，運(yùn)用地面供電電源與航空電源供電轉(zhuǎn)換的同步控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地面電源向航空電源供電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。同步控制技術(shù)可以降低電源轉(zhuǎn)換過程中暫態(tài)過程的過電壓和過電流，從而提高航空電源系統(tǒng)和機(jī)載用電設(shè)備的壽命。航空地面電源供電設(shè)備以飛機(jī)總線控制計(jì)算機(jī)為核心，該計(jì)算機(jī)的工作性能很強(qiáng)，在惡劣環(huán)境中的穩(wěn)定性和適應(yīng)性都很好。計(jì)算機(jī)的邏輯處理電路、接口電路、傳感器均采用高科技高性能的器件。用來實(shí)施對飛機(jī)供電系統(tǒng)的控制。通過傳感器將數(shù)據(jù)信息采集過來，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測到的信號參數(shù)的各種指標(biāo)來判斷航空供電電源性能的好壞以及產(chǎn)生故障的原因。系統(tǒng)原理如圖1所示。

4、軟件設(shè)計(jì)及流程

航空地面電源供電設(shè)備采用了兼有高級程序設(shè)計(jì)功能和低級匯編語言功能的C++語言，為了．能準(zhǔn)確的顯示傳感器所測量到的結(jié)果，軟件使用VC語言進(jìn)行編寫，編寫后的界面可以實(shí)時監(jiān)控測量結(jié)果，使程序?qū)崿F(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。在軟件系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集模塊和獨(dú)立的故障診斷模塊。數(shù)據(jù)采集模塊包括：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理。故障診斷模塊是對航空電源系統(tǒng)出現(xiàn)的常見故障做出實(shí)時正確的診斷，并及時找出故障原因和排除故障。具體的程序流程圖如圖2所示 。

在航空電源轉(zhuǎn)換過程中，特別是保護(hù)工作過程出現(xiàn)供電中斷是不可避免的，而不中斷供電也僅能在電源正常工作時實(shí)現(xiàn)，對全電飛機(jī)和多電飛機(jī)的設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

本文結(jié)合智能控制理論，最大限度采用成熟技術(shù)和利用可靠裝備，進(jìn)行基于不中斷供電技術(shù)的航空地面電源改進(jìn)方案研究。通過對地面電源的技術(shù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)地面電源向航空電源系統(tǒng)供電的無縫轉(zhuǎn)換，提高了航空電源的供電可靠性。