1、民用飞机供电系统的历史回顾与发展 于敦主编于敦主编.民用飞机供电系统发展研究；民用飞机供电系统发展研究；严东超严东超.飞机供电系统飞机供电系统.国防工业出版社；国防工业出版社；程国华程国华.大型民用飞机电源系统的现状与发展大型民用飞机电源系统的现状与发展;刘建英刘建英.飞机电源系统飞机电源系统.兵器工业出版社；兵器工业出版社；B737-600/700/800/900 AMM24n前续课程：电工学、航空电机学前续课程：电工学、航空电机学n总学时：总学时：18学时学时n授课教师授课教师:朱继军朱继军 参考资料参考资料 课程内容及学时分配（建议）课程内容及学时分配（建议）n第一章第一章 概述（概述（
2、7 7学时）学时）n第二章第二章 不同民用飞机供电系统不同民用飞机供电系统简介简介 （3 3学时）学时）n第三章飞机供电系统举例（第三章飞机供电系统举例（4 4学时）学时）复习答疑：复习答疑：2 2学时学时考试：考试：2 2学时学时第一章第一章 概述概述(本章内容本章内容)1.1 1.1 飞机供电系统的功用飞机供电系统的功用 1.2 1.2 飞机供电系统的组成飞机供电系统的组成 1.3 1.3 飞机供电系统的主要类型及发展历程飞机供电系统的主要类型及发展历程 1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点 1.5 飞机供电系统的发展方向飞机供电系统的发展方向1.6 1.6 先进飞机供电系
3、统状况先进飞机供电系统状况1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技术水平关于我国飞机供电系统技术水平1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看法对发展我国飞机供电系统的一些看法1.11.1飞机供电系统的功用飞机供电系统的功用所占比例：所占比例：（1）加热和防冰负载：）加热和防冰负载：40%（2）电子设备：）电子设备：20%（3）电动机构：）电动机构：30%（4）照明设备：）照明设备：8%1.2飞机飞机供电供电系统的组成系统的组成飞机供电系统主要由飞机电源系统、控制及保护装置、供电网飞机供电系统主要由飞机电源系统、控制及保护装置、供电网络等组成。络等组成。1飞机电源系统飞机电源系统为保证飞机在各种
4、情况下正常供电，飞机电源系统由为保证飞机在各种情况下正常供电，飞机电源系统由主电源、主电源、辅助电源、应急电源、二次电源和地面电源组成。辅助电源、应急电源、二次电源和地面电源组成。主电源：主电源：n由由主发动机主发动机直接或间接传动的发电系统；直接或间接传动的发电系统；n是机上全部用电设备的能量来源。是机上全部用电设备的能量来源。辅助电源：辅助电源：n工作条件：飞机在地面、且主电源不工作时；或空中作为主工作条件：飞机在地面、且主电源不工作时；或空中作为主电源的备份电源电源的备份电源n类型：航空蓄电池、类型：航空蓄电池、APU.Gn作用：航前作用：航前/后准备、起动主发动机等后准备、起动主发动机
5、等1.2飞机飞机供电供电系统的组成系统的组成 应急电源：应急电源：n 工作条件：飞行中主电源和辅助电源全部失效工作条件：飞行中主电源和辅助电源全部失效n供电对象：关键负载（供电对象：关键负载（Essential Load）n类型：航空蓄电池（类型：航空蓄电池（BAT）、静变流器（）、静变流器（INV）冲压空气涡轮发电机（冲压空气涡轮发电机（RAT）、液压马）、液压马 达驱动发电机（达驱动发电机（HMG）。）。1.2飞机飞机供电供电系统的组成系统的组成 外接地面电源（外接地面电源（EP）：）：n工作场合：飞机在地面工作场合：飞机在地面n类型：电源车（柴油发电机组）、中频电源、类型：电源车（柴油发
6、电机组）、中频电源、电瓶车电瓶车n作用：加油、装卸货物、清洁、作用：加油、装卸货物、清洁、地面检查、地面检查、起动主发动机等起动主发动机等1.2飞机飞机供电供电系统的组成系统的组成 二次电源：二次电源：n概念：将主电源电能变换为另一种概念：将主电源电能变换为另一种形式或形式或 规格规格的电能的电能n类型：类型：DCAC：旋转变流机、静止变流器：旋转变流机、静止变流器 ACDC：变压整流器；：变压整流器；DCDC：直流升压机、直流变换器：直流升压机、直流变换器1.2飞机飞机供电供电系统的组成系统的组成1.3 1.3 飞机供电系统的主要类型及发展飞机供电系统的主要类型及发展历程历程n飞机电源系统经
7、历了低压直流、交流、高压直流的发展过程,其中交流电源经历了恒速恒频、变速恒频、变速变频。1.3 1.3 飞机供电系统的主要类型及发展飞机供电系统的主要类型及发展历程历程一、低压直流电源系统一、低压直流电源系统n自1914年飞机上第一次使用航空直流发电机以来,飞机直流电源系统经历了九十年的发展过程,其额定电压由6伏、12伏,逐步发展为28伏的低压直流电源系统,一直沿用至今。28伏低压直流电源系统主要由直流发电机、调压器、保护器和滤波器等组成。n二次电源：旋转变流机、静变流器二次电源：旋转变流机、静变流器n应急电源：航空蓄电池应急电源：航空蓄电池n应用：应用：30座以下的小型支线飞机、通用航座以下
8、的小型支线飞机、通用航 空飞机空飞机二二恒速恒频交流电源系统（恒速恒频交流电源系统（CSCF）n结构示意图：结构示意图：n容量：容量：3030、4040、6060、9090、120120KVAn辅助电源：辅助电源：APU.G；n应急电源：应急电源：BAT、INV、RAT、HMG；n二次电源：二次电源：TRUn特点：恒装的采购费用、维修费用、寿命周特点：恒装的采购费用、维修费用、寿命周期费用高；重量重、效率低、供电质量差；期费用高；重量重、效率低、供电质量差；可靠性和可维修性也较差。恒频。可靠性和可维修性也较差。恒频。三三变速恒频交流电源系统变速恒频交流电源系统（VSCF）n结构示意图：结构示意
9、图：n特点：特点：无无CSD，可靠性高，寿命周期费用低；但，可靠性高，寿命周期费用低；但技技 术不稳定。术不稳定。VSCF电源与电源与CSCF电源可互换，不需改变电源可互换，不需改变配电和用电部分，通用性强。配电和用电部分，通用性强。n应用：应用：MD-90四变速变频交流电源系统（四变速变频交流电源系统（VSVF）n结构图：结构图：n特点：不需要特点：不需要CSD，结构简单，重量轻，可，结构简单，重量轻，可 靠性高。靠性高。n适用机型：涡桨飞机：接近于恒频交流电适用机型：涡桨飞机：接近于恒频交流电 涡喷飞机：需另配变频器涡喷飞机：需另配变频器五、五、270伏高压直流电源系统伏高压直流电源系统n
10、270V直流电源系统由发电机和控制器构成,美国的F-14A战斗机、S-3A和P-3C反潜机等局部采用了高压直流供电技术,而F-22战斗机上已采用了65kW 的270V高压直流电源系统,F-35战斗机则采用了250kW、270V 高压直流起动发电系统。因此270V直流电源系统也将是今后飞机电源的发展方向之一。1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点一、低压直流电源系统的特点一、低压直流电源系统的特点1、随着电源容量的增加，低压直流电源系、随着电源容量的增加，低压直流电源系 统的重量也在增大。统的重量也在增大。n原因：有电刷，电压低，电流大原因：有电刷，电压低，电流大发电机的发电机的体
11、积重量及输电线路重量增大。体积重量及输电线路重量增大。n例如：航空直流发电机：例如：航空直流发电机：18KW，重量为重量为41.5kg，喷油冷却航空交流发电机：，喷油冷却航空交流发电机：60KVA重量为重量为17kg左右。左右。1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点一、低压直流电源系统的特点一、低压直流电源系统的特点2、飞行、飞行高度高度和和速度速度的不断提高，使低压直流的不断提高，使低压直流电源系统的电源系统的工作条件工作条件恶化。恶化。飞行高度增加（飞行高度增加（1万米以上），电刷磨损加万米以上），电刷磨损加 剧，换向条件恶化。剧，换向条件恶化。高速飞行时，直流发电机的冷却问
12、题也难高速飞行时，直流发电机的冷却问题也难 以解决。冷却条件差将导致发电机带载能力以解决。冷却条件差将导致发电机带载能力下降。下降。1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点一、低压直流电源系统的特点一、低压直流电源系统的特点3、二次电源复杂，效率低。、二次电源复杂，效率低。n主电源为直流电源，则二次电源为主电源为直流电源，则二次电源为变流机变流机/变流器变流器：效率低，体积重量大；且交流电用：效率低，体积重量大；且交流电用量大（占量大（占95%以上），使变换设备增多。以上），使变换设备增多。4、优点优点：控制、保护设备简单；易实现并联：控制、保护设备简单；易实现并联供电；可用作起动
13、发电机，减轻机载设备的供电；可用作起动发电机，减轻机载设备的重量。重量。1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点二、恒频交流电源系统特点二、恒频交流电源系统特点长期以来,民航客机的主要电源一直是115V、3相、400Hz交流电。1恒速恒速恒频交流电源系统恒频交流电源系统n传统的恒频是通过以恒定的转速驱动发电机的转子而产生的。一台恒速传动装置(CSD)便可以把发动机主齿轮箱的变速输出稳定为一个恒定转速。1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点二、恒频交流电源系统特点二、恒频交流电源系统特点n目前产生恒频的最佳方法是使用组合驱动发电机(IDG),如图1所示。整体驱动发电机把
14、恒速传动装置和发电机合二为一,构成一个整体。与恒速传动装置和发电机分开使用的系统比较,组合驱动发电机的体积较小、重量较轻,且维护较为简单。n虽然恒速恒频电源系统目前仍广泛用于各种军、民用飞机,而且经过几十年的发展,有了很大的改进,但它在可靠性、维修性、重量、费用、战损生存能力等方面一直存在着不同程度的缺陷。1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点二、恒频交流电源系统特点二、恒频交流电源系统特点2、变速、变速恒频交流电源系统恒频交流电源系统n在过去20年中,在若干民用飞机上试验并使用过一种产生恒频电源的替代方法,即试图通过电子变频装置把由变速发动机附件齿轮箱直接驱动的一台发电机产生的
15、变频电源转换为恒频电源。这就是所谓的变速恒频(VSCF)技术。变速恒频交流电源系统与恒速恒频交流电源系统相比,具有电气性能好、效率高、可靠性高、维护费用低等优点,因此曾一度受到很高的重视。但大功率变速恒频电源系统主要受到功率器件的限制。经过实践发现,这一技术没有能够达到预期的可靠性要求,现在已经不把这一技术视为近期民用飞机领域中恒频电源的替代技术。1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点三、变频交流电源系统特点三、变频交流电源系统特点n优点：优点：变频交流电源系统具有结构简单、能量转换效率高、功率密度高等优点。变频交流电源系统由交流发电机和控制器构成,系统只有一次变换过程,交流发电
16、机直接由发动机附件传动机匣驱动,没有恒速传动装置(恒速恒频系统采用)和二次变换装置(变速恒频系统采用),结构简单、重量轻、体积小、功率密度高功率密度高,可靠性高、费用低,能量转换效率高,易于构成起动发电系统。因此单从电源系统本身来讲而不考虑配电系统、用电设备和发动机起动等因素,在各种电源系统方案中,变频交流发电系统具有结构最简单、可靠性最高、效率最高、费用最低等优点,而且具有较小的重量和体积。1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点三、变频交流电源系统特点三、变频交流电源系统特点缺点：缺点：但由于其输出频率取决于发动机减速器输出转速,尤其是多数飞机均采用涡喷发动机或涡扇发动机,发动
17、机转速变化范围大,因此这种变频交流电源系统称之为宽变频交流电源系统,它具有频率变化大的缺点,难以满足机载电子设备对供电品质的要求,其发展曾一度受到了限制。n应用：应用：但随着电力电子技术的发展及其在飞机上的应用,变频交流电源系统更易于构成变频交流起动发电系统,因此,在最新研制的大型民用飞机上也得到了应用,如Boeing787 飞机和A380飞机。使用变频电源的飞机主要有以下几种(如表1所示)1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点三、变频交流电源系统特点三、变频交流电源系统特点 表1变频电源飞机列表序号 飞 机名称 生产国家 生产年代 主发电机容量(kVA)频率范围(Hz)1 贝尔
18、法斯特 英国 1966 8 50 334 485 2 SF-340支线 瑞典 1984 2 263 ATP支线运输 英国 1987 2 304 全球快车 加拿大 1994 4 40 324 596 5 新舟-60 中国 1997 2 20 325 5286 B-787 美国 2009 4 250 360 8007 A-380 欧洲 2008 4 150 360-8001.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点三、变频交流电源系统特点三、变频交流电源系统特点结论：由于交流发电机直接由发动机附件传动机匣驱动,其转速随着发动机的转速而变化,频率变化范围较大,一般约为2:1左右。为满足飞机各
19、种不同用电负载的需要,二次电源变换形式较多,造成飞机配电系统十分复杂。1.4 1.4 各供电系统技术特点各供电系统技术特点四、高压直流电源系统特点四、高压直流电源系统特点n270V直流电源系统由发电机和控制器构成。恒速恒频交流电源效率在68%左右,高压直流电源的效率可达到85%以上。270V高压直流电源系统具有结构简单、能量转换效率高、功率密度高、易实现不中断供电以及使用安全等优点。1.5 飞机供电系统的发展方向n资料表明,B737-800 与B737-300 相比,驾驶舱的仪表板采用了大尺寸显示器;增加了航空电子设备;改进了座舱的内饰,使乘客感到更加宽敞和舒适。以上的改进对于电源系统而言,能
20、够分析出的是驾驾驶舱和客舱的用电量会增加驶舱和客舱的用电量会增加,主发电机的功率由2 60kVA 增加到2 90kVA。与此同时,APU 发电容量也从40kVA增加到90kVA(如表2所示)。1.5 飞机供电系统的发展方向表2部分150座级飞机电源容量对比参数 737-300 B737-800 A320 200主发电机容量(kVA)2 60(CSCF)2 90(CSCF)2 90(CSCF)APU 发电机(kVA)40(CF)90(CF)90(CF)RAT发电机(kVA)7.5(CF)5(CF)5(CF)蓄电池(Ah)36或38 2 47 2 23逆变器(VA)500,单相 1000,单相 1
21、000,单相28V TRU(A)3 50 3 200 3 2001.5 飞机供电系统的发展方向1.飞机上存在多种二次能源,以电能逐步取代液压能、气压能以电能逐步取代液压能、气压能等其它形式的二次能源等其它形式的二次能源,提高了飞机的可靠性、维护性、经济性,提高了飞机的总体性能。被列为多电的子系统为:飞控系统、液压系统、环控系统、防冰系统。2.多电技术的关键技术是大功率的发电机和大功率的电动机。飞机技术的发展带来飞机的用电量的快速增加,要求飞机供飞机供电系统的容量也相应增加电系统的容量也相应增加。3.随着电力电子技术、计算机技术的发展,飞机供电系统的电飞机供电系统的电压等级从压等级从28V 低压
22、直流向低压直流向115V、400Hz 恒频交流、恒频交流、270V高压直流、高压直流、115V变频交流和变频交流和230V变频交流方向发变频交流方向发展展。1.5 飞机供电系统的发展方向B787、A380 飞机以及A320 后继机、B737后继机都将可能是多电飞机。多电飞机是未来飞机发展的方向之一,但是多电的程度是需要根据飞机的航程、载客量以及设备的体积、重量、效率、可靠性、经济技术风险等方面综合考虑。1.6 1.6 先进飞机供电系统状况先进飞机供电系统状况一、空客一、空客A380A380多电飞机多电飞机nA380飞机是一个典型的多电商用飞机,它完全按多电飞机电力系统来设计,总的发电功率是91
23、5 KVA。其中,由发动机驱动4台150 KVA的变频交流发电系统,发电容量共600 KVA,频率在360 Hz800 Hz之间;由辅助动力装置(APU)驱动两台120 KVA恒速发电机,发电容量共240 KVA;一个空气充压涡轮系统驱动一个75 KVA发电系统。A380飞机大部分的作动装置采用电力作动,使飞机的设计更为简单,地面保障设备减少,飞机性能大为提高。1.6 1.6 先进飞机供电系统状况先进飞机供电系统状况二、波音二、波音787787飞机飞机n波音787飞机是一个典型的多电商用飞机,它与A380 飞机相比,更接近全电飞机,它完全按多电飞机来设计,总发电功率是1460 KVA。波音78
24、7飞机的电源系统与以往的波音飞机有着很大的区别,飞机上的电源来自4个安装在发动机上的230V交流250 KVA变频发电机和2个安装在辅助动力装置(APU)上的230V交流225 KVA变频发电机组成,变频系统取代了传统的恒频系统,频率在360Hz800 Hz之间;1个空气充压涡轮系统驱动一个10 KVA交流发电系统。电源经过变频、整流、变压分配后形成飞机的4种电源模式,即传统的115V交流、28V直流和新的230V交流、270V 直流。其中230V 交流和270V直流电源主要用于以往由气源系统驱动的系统部件。1.6 1.6 先进飞机供电系统状况先进飞机供电系统状况二、波音二、波音787787飞
25、机飞机n波音787 飞机上取消了传统的气源系统。这样的设计优化了飞机能源的使用,提高了发动机的效率。由于取消了气源系统的各个部件(活门,管道等),大大降低了飞机的重量,系统的可靠性得到显著提高,飞机的维修成本也得到有效降低。1.6 1.6 先进飞机供电系统状况先进飞机供电系统状况三、三、F35F35战斗机战斗机nF35战斗机是一个典型多电战斗机,技术更加先进,能携带更大的高能武器。它完全按多电飞机来设计,总的发电功率是250 KW。F35战斗机采用固态配电技术,对飞机的电力系统进行了优化设计,一次配电和二次配电系统采用集中控制,飞机可靠性大为提高,飞机重量大大减轻,飞机性能更为优越,F35战斗
26、机成为典型的第二代多电飞机。1.6 1.6 先进飞机供电系统状况先进飞机供电系统状况三、三、F35F35战斗机战斗机nF35的综合机载机电系统主要包括热/能量管理系统(T/EMM)、起动/发电系统和电静液作动器系统(EHA),并由飞机管理系统控制,从而使机载机电系统在布局、能量利用和控制信息共享上实现了最优化,该飞机接近于全电飞机。1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技术水平关于我国飞机供电系统技术水平一、一、恒速恒速恒频交流电源系统恒频交流电源系统n我国陕西航空电气有限责任公司(115厂)自行研制的比较先进的、比较成熟的电源系统为恒速恒频系统,其中组合式传动发电机(IDG)容量为60KVA(
27、恒装由南京液压中心研制),该产品已经装备多种类型的战斗机,属于货架产品。1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技术水平关于我国飞机供电系统技术水平一、一、恒速恒速恒频交流电源系统恒频交流电源系统n南京机电液压工程中心的恒装研究具有悠久历史,主要是参考仿照美国和俄罗斯技术,具有120KVA以下的恒装研制能力。当前主要生产研制60KVA的恒装,功率传输效率约80%,已经在军机上采用,最长实现200飞行小时无故障使用。从产品角度上可以使用,但仍存在一些问题,如专利保护问题;单独适航取证问题;可靠性还需要进一步验证。1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技术水平关于我国飞机供电系统技术水平一、一、恒速恒速
28、恒频交流电源系统恒频交流电源系统n由于恒速装置的技术难度高,我国要研制更大功率的IDG已经很困难。尽管国外研制的IDG能够达到150KVA,但由于工艺、材料等技术因素,我国在短期内实现技术的突破很困难。1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技术水平关于我国飞机供电系统技术水平二、二、变变频交流电源系统频交流电源系统n陕西航空电气有限责任公司(115厂)已经开始了变频电源的研制,其中发电机容量为90KVA。该产品已经在装配与试验。该厂曾经研制了15KVA的变速恒频电源系统,其中发电机部分为变频发电机。1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技术水平关于我国飞机供电系统技术水平二、二、变变频交流电源系统
29、频交流电源系统n由于变频发电机的结构与IDG发电机相同,为三级发电机,部分关键技术可以通用,该厂已经完成了电磁设计、冷却、整流等关键技术,如果承担更大功率的变频发电机的研制,没有很大的技术难点,因此其有能力承担更大功率变频发电机的研制。但是与国外比较,在材料、轴承、热处理等技术上仍存在差异,在寿命、可靠性等性能上亦不如国外水平。1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技术水平关于我国飞机供电系统技术水平补充：三级式无刷交流发电机补充：三级式无刷交流发电机n组成：组成：永磁式副励磁机永磁式副励磁机旋转磁极式，给交流励磁机的旋转磁极式，给交流励磁机的 励磁绕组、励磁绕组、GCU等供电；等供电；交流励磁
30、机交流励磁机旋转电枢式，为主发电机提供励磁旋转电枢式，为主发电机提供励磁 电源；电源；旋转整流器旋转整流器将交流励磁机电枢转子上发出的交将交流励磁机电枢转子上发出的交 流电变为直流电，为主发电机的励流电变为直流电，为主发电机的励 磁绕组供电；磁绕组供电；主发电机主发电机旋转磁极式，供电到飞机电网；旋转磁极式，供电到飞机电网；1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技术水平关于我国飞机供电系统技术水平补充：三级式无刷交流发电机补充：三级式无刷交流发电机航空交流发电机实物图航空交流发电机实物图航空交流发电机转子航空交流发电机转子CSD外形图外形图CSD分解图分解图1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技
31、术水平关于我国飞机供电系统技术水平三、三、高压直流高压直流电源系统电源系统n高压直流电源可采用开关磁阻发电机和绕线式发电机。115厂研制的270V、70KW开关磁阻电机应用于海军,军用70KW的开关磁阻发电机在研制中,作为预研项目,该厂曾经研制过125KW的磁悬浮开关磁阻发电机。1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技术水平关于我国飞机供电系统技术水平四、四、试验条件试验条件115厂作为我国最有实力的航空电源生产厂,有着比较完善的研发试验条件,为新型发电机的研制提供了很好的硬件条件。1.7 1.7 关于我国飞机供电系统技术水平关于我国飞机供电系统技术水平五、五、总结总结n目前我国国内飞机电源系统
32、的整体发展水平滞后于国外电源系统供应商,国外Boeing787上已经装配了变频250KVA 的发电机,而我们国内90KVA 的发电机还在研制中。另外我们国内技术储备与国外相比差距较大。中国商用飞机有限责任公司的成立,标志着我国大型客机项目的正式启动,开创了我国大型飞机研制的新局面,国内电源生产厂家可以借助大型客机项目展开国际合作,提升自己的技术水平,从而提升我们的产业结构。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看对发展我国飞机供电系统的一些看法法n我国航空工业迎来了一个难得的发展机遇期，大型运输机、干线飞机、新型战斗机和高超音速飞行器的研制都对航空电源系统提出了迫切的需求。对我国航空电源的发
33、展来说是一个珍贵的机遇。认清形势，找出差距，满足需求，才能得到突破式发展。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看法对发展我国飞机供电系统的一些看法一、一、与国外航空电源的差距与国外航空电源的差距 我国电源系统缺少系列化，可供选择的电源产品和技术储备较少，尚不能满足飞机发展的需要。我国航空发电技术有了较大提高，但航空电源系统研制开发能力和试验验证手段比较薄弱 。我国在多电飞机和全电飞机采用的高压直流电源系统，自动配电技术等项目预研刚刚起步，宽变频系统尚未研究。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看法对发展我国飞机供电系统的一些看法二、二、需要突破的技术关键需要突破的技术关键 1、航空电源
34、系统供电体制的研究、航空电源系统供电体制的研究 我国现有航空电源系统供电体制主体是 28 伏低压直流电源系统和 400HZ 115 伏/200 伏恒频交流电源系统 。270 伏高压直流电源系统是主要的研究内容，这种供电体制在歼击机上应用有其突出的优点。变频供电混合供电体制研究也应该是研究的重点。为适应大型机的发展，在发电系统中要打破恒速传动装置和全功率逆变装置的发展制约，大大提高系统的效率和可靠性，降低全寿命周期费用。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看对发展我国飞机供电系统的一些看法法二、二、需要突破的技术关键需要突破的技术关键 2、航空电源供电系统结构的研究、航空电源供电系统结构的研
35、究 我国航空电源供电系统的结构基本上是传统的典型结构，这种结构已经无法适应今后飞机技术发展的需要，不能达到系统容容错错、重构、重构、不间断供电不间断供电等重要的技术性能。新的系统结构研究的重点是智能化智能化 分布式固态配电系统分布式固态配电系统。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看对发展我国飞机供电系统的一些看法法二、二、需要突破的技术关键需要突破的技术关键 n3、航空电源系统核心部件的技术研究、航空电源系统核心部件的技术研究 3.1 发电机设计技术方面的研究发电机设计技术方面的研究 （1）大功率开关磁阻起动）大功率开关磁阻起动/发电机技术的研究发电机技术的研究 这种研究最终能够取消大功
36、率发动机的燃气起动机，并且适应向多电飞机发展的需要。（2）异步起动）异步起动/发电机技术的研究发电机技术的研究 作为独立电源系统方面，这是一个重要的发展方向。（3）高功率密度永磁发电机的技术研究）高功率密度永磁发电机的技术研究 这类发电机技术在无人机 高速飞行器上有较大的应用可能。（4）多级电压）多级电压 交交 直流发电机技术研究直流发电机技术研究 这类技术将有效的减少二次电能变换设备，提高无人机的燃油利用率，增加无人机的效载荷，适应高性能无人机发展。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看对发展我国飞机供电系统的一些看法法二、二、需要突破的技术关键需要突破的技术关键 3.2发电机先进结构方
37、面的有关研究发电机先进结构方面的有关研究 (1)组合到发动机内的内装式发电机的研究 探索与航空发动机的协调结构设计等关键技术,这种结构结合到多电飞机技术发展，就可以取消发动机附件机匣或者飞机附件机匣，技术上是跨越式发展。(2)发电机新型的冷却结构方式和新的冷却技术研究 大功率的发电机和集中式绕组的冷却技术，如绕组导体内腔及铁心内部循油冷却技术在航空电机上应用 以及新型冷却介质在航空电机上应用 。(3)新型 结构材料在航空电机上的应用研究 特别是发动机内装的起动/发电机需要的耐高温达 6000 的磁性材料。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看对发展我国飞机供电系统的一些看法法三、三、组合电
38、源装置不宜大力发展组合电源装置不宜大力发展 在研制新系统和新设备时既要考虑到技术可行性，又必须估计到其发展前途和对今后发展的影响。正是出于上述考虑，不主张发展组合电源装置，具体理由如下：1、我国已能生产分离式的恒速恒频系统，其功率也完全能满足干线飞机和军用飞机的要求，这种系统仍广泛用于国外的干线飞机。因而，为减轻一点重量去发展组合电源装置必要性不大，也不经济合理。2、国外的下一代干线飞机和战斗机都有不再采用组合电源装置的趋势，新的变速恒频系统也正开始在民用飞机上使用。这说明可靠性差又十分昂贵的组合电源装置正逐步淘汰，我们现在再去研制这种装置显得不合时宜。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些
39、看对发展我国飞机供电系统的一些看法法三、三、组合电源装置不宜大力发展组合电源装置不宜大力发展 3、前苏联研制组合电源装置的过程表明：研制该装置需花费很多时间和财力。前苏联的技术条件和经济实力都比我们强，但他们在仿制恒速传动装置（CSD)的前提下，仍需十多年才研制出第一代组合电源装置。4、我们对组合电源装置的研制费用和时间、需求量、外销可能性、取得适航性的可能性以及经济上是否有利等可行性问题还没有做具体的分析和论证，待这些问题解决后再发展也不迟。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看对发展我国飞机供电系统的一些看法法三、三、组合电源装置不宜大力发展组合电源装置不宜大力发展 5、恒速恒频系统的
40、“摊子”比低压直流系统更大，受继承性的影响也更深，发展组合电源装置将使我们以后像美国现在一样，处于进退两难的局面。因而我们顺应飞机供电系统发展的潮流，积极发展变速恒频系统，早日把变速恒频系统装在民用飞机上。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看对发展我国飞机供电系统的一些看法法四、改造低压直流系统四、改造低压直流系统我国生产的低压直流系统虽然能满足支线飞机等小型民用机的要求，但毕竟是属于50年代的产品，在重量、性能、可靠性和维修性等方面都低于国外目前的水平，应把改造低压直流系统的重点放在设计高转速高性能的起动/发电机和开发固态的发电机控制装置两个方面。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一
41、些看对发展我国飞机供电系统的一些看法法五、努力开发供电系统应用的电子技术五、努力开发供电系统应用的电子技术最近一段时间内，飞机供电系统的发展是以更多地采用电子技术为特征的。变速恒频系统就是一种电子化的恒频交流系统，电气多路传输系统则是多路传输技术用于配电系统的产物，发展中的高压直流系统将采用计算机和固态功率控制器，并具有负载自动管理功能。1.81.8对发展我国飞机供电系统的一些看对发展我国飞机供电系统的一些看法法五、努力开发供电系统应用的电子技术五、努力开发供电系统应用的电子技术因此我们应把重点放在开发固态功率控制器、微处开发固态功率控制器、微处理机型发电机控制装置和汇流条功率控制装置以理机型
42、发电机控制装置和汇流条功率控制装置以及多路传输技术的研究。及多路传输技术的研究。促进电子技术在飞机供电系统中的应用。为了达到上述目的，我们应该更加积极地研制和生产飞机供电系统所需的专用半导体器件，如大功率、高转换速度的功率晶体管，垂直场效应晶体管等。复习思考题 1 1飞机供电系统的功用是什么？并简述其组成情况。飞机供电系统的功用是什么？并简述其组成情况。2 2 飞机供电系统有哪些主要类型？并简述其发展历程。飞机供电系统有哪些主要类型？并简述其发展历程。3 3 分析各供电系统技术特点。分析各供电系统技术特点。4 简述飞机供电系统的发展方向简述飞机供电系统的发展方向5 5简述空客简述空客38038
43、0多电飞机供电系统状况。多电飞机供电系统状况。6 6简述波音简述波音787787多电飞机供电系统状况。多电飞机供电系统状况。7 7我国飞机供电系统技术发展水平的情况是什么？我国飞机供电系统技术发展水平的情况是什么？8 8为什么我国不宜大力发展为什么我国不宜大力发展组合电源装置？组合电源装置？9我国发展我国发展机供电系统机供电系统需要突破的技术关键有哪些？需要突破的技术关键有哪些？第二章第二章 不同民用飞机供电系统不同民用飞机供电系统简介简介2.1 民用飞机的种类民用飞机的种类2.2民用飞机供电系统的特点民用飞机供电系统的特点2.3干线飞机的供电系统干线飞机的供电系统2.4支线飞机的供电系统支线
44、飞机的供电系统2.5通用航空飞机的供电系统通用航空飞机的供电系统2.1 民用飞机的种类民用飞机的种类一、民用飞机的种类民用飞机的种类1、干线飞机、干线飞机2、支线飞机、支线飞机3、通用航空飞机、通用航空飞机小型多用途飞机小型多用途飞机轻型飞机轻型飞机农林飞机农林飞机行政飞机行政飞机2.1 民用飞机的种类民用飞机的种类二、所选用的供电系统类型二、所选用的供电系统类型1、干线飞机：、干线飞机：主要采用恒速恒频系统，发展的趋主要采用恒速恒频系统，发展的趋势将是变速恒频系统和变速变频系统。势将是变速恒频系统和变速变频系统。2、支线飞机：、支线飞机：低压直流系统以及由低压直流系统低压直流系统以及由低压直
45、流系统和变频交流组成的混合供电系统。和变频交流组成的混合供电系统。3、通用航空飞机：、通用航空飞机：低压直流系统以及由低压直流低压直流系统以及由低压直流系统和变频交流组成的混合供电系统。系统和变频交流组成的混合供电系统。2.2民用飞机供电系统的特点民用飞机供电系统的特点一、适于采用变频交流电一、适于采用变频交流电 用电最多的加热负载对供电频率没有什么要求。用电最多的加热负载对供电频率没有什么要求。二、航空电子设备不是一个重要因素二、航空电子设备不是一个重要因素1、在民用飞机上航空电子设备的用电量很少，并且几乎是、在民用飞机上航空电子设备的用电量很少，并且几乎是一个不变的量，不像加热等负载那样是
46、随着飞机尺寸而一个不变的量，不像加热等负载那样是随着飞机尺寸而变化的；变化的；2、民用航空电子设备是按、民用航空电子设备是按ARINC规范设计的，在供电特规范设计的，在供电特性和航空电子设备的要求之间不存在不相容的问题。性和航空电子设备的要求之间不存在不相容的问题。2.2民用飞机供电系统的特点民用飞机供电系统的特点三、采用起动三、采用起动/发电机发电机发电机容量不超过发电机容量不超过12kw，将优先采用低压直流供电系统，将优先采用低压直流供电系统，原因：原因：1、民用飞机对起动时间的要求不像军用机那么高，、民用飞机对起动时间的要求不像军用机那么高，因而可以采用电起动方式；因而可以采用电起动方式
47、；2、所需直流发电机的容量已足以起动小型民用飞机的发动、所需直流发电机的容量已足以起动小型民用飞机的发动机。机。四、强调安全性四、强调安全性1、采用一些能满足适航性要求的应急电源装置；、采用一些能满足适航性要求的应急电源装置；2、安装辅助动力装置及其驱动的发电机，以提高足够的备、安装辅助动力装置及其驱动的发电机，以提高足够的备份电力。份电力。2.3干线飞机的供电系统干线飞机的供电系统一、一、干线飞机对供电系统的新要求干线飞机对供电系统的新要求n1、采用节能发动机后要求增加发电容量、采用节能发动机后要求增加发电容量随着节能发动机在干线飞机上的应用，将直接影响到环境控制系统和气热防冰系统的运行，因
48、为发动机的核心气流和可用的放气变少了；提取发动机的轴功率，考虑采用电动环境控制系统和电防冰技术，为此要求增加发电容量。2.3干线飞机的供电系统干线飞机的供电系统一、一、干线飞机对供电系统的新要求干线飞机对供电系统的新要求2、采用变速恒频起动、采用变速恒频起动/发电系统（优点）发电系统（优点）用一套设备来完成两种功能，因而在飞机上取消冷气起动机和有关管道后可大大减轻重量；电起动系统是一个电子控制系统，易于实现加速度控制和限制最大输入功率，因而能使起动机更好地满足发动机的要求；与冷气起动方式不同，采用电起动方式可使所提供的起动力矩与飞机所处的高度无关；2.3干线飞机的供电系统干线飞机的供电系统一、
49、一、干线飞机对供电系统的新要求干线飞机对供电系统的新要求电起动系统的成本比冷气起动系统低，因为与一专用的冷气起动机相比，把发电机改为起动/发电机所增加的费用是低的；目前正在为明天的干线飞机发展超高涵道比的发动机，用变速恒频起动/发电系统来起动这种发动机十分理想，因为起动力矩-转速特性更适应这种发动机特有的性能要求。2.3干线飞机的供电系统干线飞机的供电系统一、一、干线飞机对供电系统的新要求干线飞机对供电系统的新要求3、提高发电效率、提高发电效率发电效率高就意味着有效载荷大，收益干线飞机的用电量大，更应重视效率这个指标。干线飞机的用电量大，更应重视效率这个指标。发电效率高也是飞机总体设计和环境控
50、制系统所希望的。4、与集中式电子监控系统接口（、与集中式电子监控系统接口（B767）可显示供电系统的配置情况，什么部件发生故障以及应该采取什么修正措施，从而实现了对供电系统工作状态的监控。2.3干线飞机的供电系统干线飞机的供电系统二、二、近期内可供选择的供电方案（近期内可供选择的供电方案（150-700座）座）n1组合电源装置式恒速恒频系统（第组合电源装置式恒速恒频系统（第2代）代）优点：重量轻维修性有所改善。发展前途：CSD再改进已很困难，原因：要在发动机很宽的转速范围内和加速条件下实现恒速输出是困难的；高的赫兹应力（小体积/高速机械液压部件的运行）也使CSD发展更加困难，因而CSD的采购费
