机载系统的电气负载分析方法研究

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摘要：为保证机载系统的正常工作，机载系统设备的电气负载分析工作是机载系统设计过程中非常重要的一步，通过分析与明确机载系统设备的电气负载用量，完成机载系统的电气负载分析。文章对机载系统的电气负载分析方法进行了探讨。

关键词：机载系统；电气设备；电气负载分析；电气负载统计；飞行器 文献标识码：A

中图分类号：TP274 文章编号：1009-2374（2016）26-0007-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.26.004

1 概述

飞行器的飞行任务取决行计划中所用的所有部件的可靠工作，对机载系统设备的电气负载分析，保证机载系统的供电使其在预期的工作状态下服务，对完成飞行任务非常重要。在机载系统用电需求设计工作中，机载系统设备的用电负载分析是非常重要的事情。

2 环境条件

全面考虑机载系统的工作条件对本系统设备的要求，对系统用电的情况给予充分的考虑，才能保证飞行安全和任务的完成，比如在夜间或在结冰状态下系统用电负载需求大，某些系统的设备在不同的工作模式所需要的负载容量不一样。

3 负载分析过程

根据美国军用标准《飞机用电负载和电源容量分析》（MIL-E-7016F）文件指导，给出了建议的机载系统用电负载统计方法，一般使用负载统计表，容易计算出机载系统在整个使用周期内的用电情况。

3.1 飞行阶段划分

根据《飞机用电负载和电源容量分析》（MIL-E-7016F）建议，需要对飞行阶段进行划分，把飞行阶段划分为若干小块，这样在不同飞行阶段设备的用电情况会得到明确。MIL-E-7016F建议把飞行器飞行阶段划分为登机和准备、启动和预热、滑行、起飞和爬升、巡航、下降、着陆阶段。

机载系统的设备在各飞行阶段中的工作状态和工作模式会得到进一步明确，比如在此阶段是否工作以及可能的持续工作的时间。

3.2 工作时间划分

根据《飞机用电负载和电源容量分析》（MIL-E-7016F）建议，机载设备工作时间统计一般把时间按“5s”、“5min”和“连续”作为时间区间进行采集与负载分析。统计短、中、长时间用电设备的用电量情况，同时这也对供电系统提出供电需求。如果设备工作时间小于0.3s，视0处理；设备负载的工作时间超过0.3s，进行5s分析；设备负载的工作时间超过5s，进行5min分析和5s分析；设备负载的工作时间超过5min，进行连续分析、5min分析和5s分析。

在上述某时间区间内，设备工作时间选取原则如下：（1）单次工作的设备，取设备工作的时间；（2）周期性工作的设备，每个周期工作时持续的时间一致，取一个周期内工作时间；（3）间断工作的设备，每次工作时的持续时间不一致，取持续时间最长的那次工作时间。

由于“连续”时间区间不容易计算，选取“15min”代替处理。假设设备在巡航阶段连续工作，巡航阶段的工作时间大于15min，在巡航阶段的“5s”“5min”和“15min”区间都为“100%”；假定某设备工作一次需要4min，在巡航阶段一共工作了3次，每次时间间隔为15min、20min和25min，则巡航阶段，“5s”处为“100%”“5min”处为“80%”“15min”为“0%”。假设某设备每次工作时需要的时间不一致，巡航阶段一共使用了3次，每次工作所用的时间分别为30s、6min和3min，每次工作之间间隔为15min、20min和25min，则巡航阶段，“5s”处为“100%”、“5min”处为“100%”、“15min”处为“40%”。

3.3 设备数量说明

对于在某一个飞行阶段，同类的各个设备可能分别以不同的功率工作；或者某一飞行阶段内，同类的各个设备，可能分别工作不同的时间，因此对于同类设备的每个用电负载都应列出并给予明确。

3.4 电气负载统计表填写

电源系统提供电量给各个机载系统，电源系统本身也会有不同的配电构型，比如单台发电机供电、两台发电机供电、应急模式供电等，机载系统的设备根据其工作要求需要分别在不同的配电构型中填写使用负载情况。

对于直流用电设备的负载使用直流电流或功率表示，单位为安培（A）或瓦（W）。交流用电设备负载使用视在功率，即有功功率与无功功率向量和，单位为伏安（VA）。

表1为简化后的电气负载统计表，如系统中的设备1，在每个飞行阶段都使用了2分钟，在“5min”栏处时间比值为40%，使用直流电11.25A，“5s”时间区间使需要用315W（11.25A×28V），“5min”时间区间需要使用的用电功率126W（315W×40%），“15min”时间区间功率为零。

系统中的设备2，各个飞行阶段都连续工作，“5s”“5min”“15min”栏的工作时间比值都为100%，每个时间区间需要使用的用电功率为300W。

系统中的设备3，在每个飞行阶段仅工作5分钟，在“5s”“5min”“15min”栏的工作时间比值为100%、100%、0，在每个时间区间需要使用的用电功率为50W、50W、0W。

把电气负载统计表中各个直流用电设备和交流用电设备的电功率在每个飞行阶段进行累加，就可以得到机载系统的用电功率，进而可以统计整个飞行器需要的用电负载，这在电源系统的有限发电能力下，通过对机载系统的电气负载功率统计与估算，可以保证这些负载总功率不超过飞行器发电系统的容量，电气负载分析方法提供了机载系统在预期的所有运行环境和条件下的正常与非正常电气负载的情况，也提供了在不同飞行阶段必要的运行和最大电气负载数据。

4 负载分析的意义

通过对机载系统的电气负载分析，可以加深对机载系统本身和电源系统的了解，结果是机载系统的用电量得到明确，对电源系统提出了供电需求，机载系统本身的工作状态得到保证。机载系统的电气负载分析工作，可以帮助机载系统获得更多的可靠性、安全性和重量的经济性。

参考文献

[1] 美国航空空间和电子系统协会.飞机电气系统指南

[M].北京：国防工业出版社，1983.

[2] MIL-E-7016F，Electrical Load and Power Source Capacity，Aircraft，Analysis.

[3] 李建超，邵静.飞机电气负载分析文件及其更新的研究[J].航空维修与工程，2015，（11）.