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成倍增加。绝缘材料的绝缘性能,工作温度提高了,且不自燃、在油雾中能正常工作等。
()功率电子器件的发展一方面器件的容量加大,工作频率提高,开关速度加快,结温升高,体积重量减小,另一方面,集成度提高,不仅是几个功率器件的集成,从而使整机的外部电路十分简单。
(")大规模集成电路和微型计算机的发展以及他们在航空上广泛的应用。()优化设计、优化运行技术,自检测自动故障保护技术的发展,不仅可以充分发挥材料、器件和部件的最大潜力,而且使系统性能得到提高,可靠性可维护性大为改善。
这些变化给飞机电气系统带来了深刻的影响。恒速恒频电源有了进一步的发展,变速恒频电源装机使用,高压直流电源诞生了。静止式电能转换设备得到广泛使用。计算机在飞机的各个系统中占了十分重要的地位,使自动化技术提高到一个新阶段,固态配电系统的发展使飞机配电系统发生了很大的变化。
二、全电飞机的技术关键
发展高性能机电作动筒,电力传动装置,研制无刷起动发电机系统和高效电源系统,改善飞机配电系统等是实现全电飞机的一些主要技术关键。()电力作动筒。只有成功地用机电作动筒代替液压作动简,才能用电能代替液压能。机电作动筒由无刷直流电动机、制动器、减速器和输出机构等组成。机电作动筒是一个综合技术装置,涉及到材料、器件、机械电器、自动控制、计算机等各个领域,需要用高频脉冲宽度调制、数模混合控制、余度管理、自检测自诊断等多种技术。
()电力传动装置。为了满足飞机机构的需要;要发展一系列电力传动装置。例如国外研制了空调系统用的 %&’,()))* + ,-.,采用气浮轴承的稀土永磁电动机,发展了额定为 (&’,短时为 /(&’的 ()))* + ,-.可调速燃料泵电动机。为此,不仅要解决高速高频下长期运转的电动机及其电子装置问题,还必须解决轴承、机构强度等机械问题。
(")无刷起动发电机。全电飞机采用起动发电是最合理的方案。但这必须采用永磁电机,双向变频器和大功率辅助动力装置。永磁电机作发电机使用时,还涉及到电压调节和内部短路保护等电磁式发电机没有的问题。
()电源系统。全电飞机电源有以下特点:电源容量大,要求多余度和不中断供电、保证多种形式的电能供应和电源系统的自动检测和监控。由于用电量大,因此电源效率显得十分重要。现有的低压直流电源;恒速恒频电源都不能使用。变速恒频电源的效率还不够高,高压直流电源效率已相当高,但能否有效率更高的电源呢?有的人提出,直接采用由永磁发电机产生的变压变频电源。但是,这种电源对一些负载是不适用的,他们希望有恒定的供电电压。
(()配电系统。采用固态配电系统和负载自动管理是必不可少的。同时,还必须考虑飞机电网的电压值大小。低压直流电源的电网重量很大。因而在用电量大的飞机上不得不用 ( + ))0三相交流电,此时发电机容量可达 %)、1)和 )203。即电机容量增加一个数量级,电网电压也应增加一个数量级,才能有较轻的电网重量。全电飞机上用电量将更大些,电网电压也相应提高。国外已在考虑用数千伏的电压体制,以减轻装备 "))203以上的发电机时的电网重量问题。
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因此,全电飞机的设想是很好的,但是实现这个设想要克服的困难也是很多的。
第三节 容错供电
为了满足先进战术战斗机以及味来战斗机的要求,波音军用机公司按照美国空军司令部航空推进研究院的合同研制了全尺寸的容错供电系统验证样机,并进行了试验。整个样机系统由 "台 %&’的变速恒频发电机 (变换器、 "台发电机控制装置、 "台 )*’的变压整流器、 *台供电系统处理机、 "个电气负载管理中心、 "个远置终端以及 *台
*"&+’, -的蓄电池等设备组成。另外,还有 )个航空电子系统模拟器,由他提供供电系统运行所必需的飞机和任务数据。之所以采用 "个发电通道:是为了使供电系统具有表 ) ./ .)所列的容错供电能力。
表 ) ./ .)下一代战耳机对供电可靠性、容错和供电质量的要求
负载类型 供电可靠度 容错能力 供电质量
非关键负载 , 0001+ )次故障 234—567—1"8
关键任务负载 , 0000) *次故障 1"9,不中断供电
关键飞行负载 , 00001/* +次故障 1"9,不中断供电
容错供电方案可用于各种供电系统,如 *1&高压直流系统和恒速恒频交流系统等。
美国已在为先进战术战斗机研制容错供电系统,按照先进航空电子计划的要求,容错供电是系统必须能经受多次故障,并仍能向负载供电。在研制容错供电系统的样机时,把容错供电要求规定如下:必须在经受 )次故障时仍能向所有负载供电,在发生 *次故障后仍能向所有关键任务负载供电,在发生 +次故障后仍能向所有关键飞行负载供电。上述故障可以发生在同一供电通道的不同部件上,也可以发生在不同供电通道的同一部件上,或以上述两种方式的组合形式出现。表 ) ./ .)列出了容错供电系统的容错、可靠性和供电质量要求。
第四节 不中断供电及专用发电系统
一般来讲,要求供电系统向负载供电的可靠性比负载本身的可靠性高 )倍,为了提高供电可靠性,一些先进的军用机已在采用变速恒频交流供电系统。一些可靠性更高的高压直流和变频交流供电系统也正在积极研制中。法国已在研制中的“阵风”战斗机上采用了变频交流供电系统。
表 ) ./ .)下一代战斗机用电设备的不中断供电要求
设 备 允许供电中断时间
飞行管理系统 电子式发动机控制装置 任务电子系统 / ( :/ ( :/ ( :
•)+/1•
数字式组合伺服作动器控制器 ""
组合舵机 %
冷却泵 %&
’’在下一代军用机上将装有各种数字式航空电子设备、组合舵机的数字式组合伺服作动器控制器等设备,他们将对飞机供电系统提出不中断供电要求,表 (" ) )%列出了下一代战斗机对不中断供电的要求。表中所列设备,除任务电子系统为关键任务设备外,其余皆为关键飞行设备,为了确保上述设备在电压瞬变或供电系统故障时能不中断供电,将在供电系统中设置专门的不中断供电电源。应该说,采用直流供电系统更易实现不中断供电。
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