基于不中断供电技术的航空地面电源改进方案研究

1、概述

航空电源系统承担着向所有机载用电设备提供稳定、可靠、安全和不问断供电的任务。它可以作为飞行控制、通信导航、武器装备等系统的唯一电源。航空电源供电系统的优劣和可靠性对飞机完成作战任务和保障飞行过程的安全具有不可替代的作用。航空地面电源是飞机地面保障的重要设备，它的主要作用是检查飞机地面上起动情况和机载设备的通电情况。飞机供电系统主要包含有三种工作状态： 正常工作状态、非正常工作状态和应急工作状态。不同的工作状态之间可以相互转换，转换的过程主要分为转换工作和保护工作两部分。其中，转换工作是指在正常工作状态下供电电源的转换，这个过程由工作指令系统控制，是转换工作的重要组成部分。

不中断供电是一种新的供电模式，以往造成供电中断主要是由两个原因引起的，一个是由于供电系统短路引起的，另一个是由于电源之间相互转换引起的。电源之间的转换包括飞机上主电源之间的转换，主电源与应急电源之间的转换，地面电源向飞机上电源的转换。地面电源与飞机上主电源之间转换属于正常转换，如果一台主发电机发生故障而引起的断电属于故障转换，供电系统通过控制程序使该发电机退出工作状态， 由其他正常的发电机代替供电。在航空电源供电系统中，电源转换过程中供电中断的发生主要是因为供电系统电路中的继电器需要一定的动作时间，电压衰减也需要一定的时间。

2、国外发展概况

随着航空航天技术的不断发展，机载用电设备对航空电源供电系统的依赖性越来越强，现代化的通信设备、导航定位系统、雷达系统和飞机控制系统等各种机载电子设备不断装备飞机，这要求航空供电系统要提供稳定可靠、性能优良的电源。机载电子设备对航空供电电源的稳定性、精度、持久性、可靠性等技术指标都有严格的要求。短时间的供电中断都可能使飞机上的电子设备失效，从而影响到与它相关的其他用电设备，给整个飞机带来安全隐患，危及飞行安全。对于航空电源供电系统的不中断供电，控制程序比较复杂。如果需要由地面电源供电向航空电源供电转换时，地面电源控制装置会向飞机的发电机控制装置发送一个信号， 实现飞机发电机与地面电源的输出频率同步。交流发电机的并联可以解决飞机用电设备的供电，但尚未完全解决不中断供电的问题。

3、方案设计

在飞机起动过程中瞬间断电问题成因的基础上，结合智能控制理论和鲁棒控制理论，运用地面供电电源与航空电源供电转换的同步控制技术，实现地面电源向航空电源供电系统的转换。同步控制技术可以降低电源转换过程中暂态过程的过电压和过电流，从而提高航空电源系统和机载用电设备的寿命。航空地面电源供电设备以飞机总线控制计算机为核心，该计算机的工作性能很强，在恶劣环境中的稳定性和适应性都很好。计算机的逻辑处理电路、接口电路、传感器均采用高科技高性能的器件。用来实施对飞机供电系统的控制。通过传感器将数据信息采集过来，经过计算机处理数据，根据检测到的信号参数的各种指标来判断航空供电电源性能的好坏以及产生故障的原因。系统原理如图1所示。

4、软件设计及流程

航空地面电源供电设备采用了兼有高级程序设计功能和低级汇编语言功能的C++语言，为了．能准确的显示传感器所测量到的结果，软件使用VC语言进行编写，编写后的界面可以实时监控测量结果，使程序实现模块化设计。在软件系统中设计了独立的数据采集模块和独立的故障诊断模块。数据采集模块包括：数据输入、数据采集、数据处理。故障诊断模块是对航空电源系统出现的常见故障做出实时正确的诊断，并及时找出故障原因和排除故障。具体的程序流程图如图2所示 。

在航空电源转换过程中，特别是保护工作过程出现供电中断是不可避免的，而不中断供电也仅能在电源正常工作时实现，对全电飞机和多电飞机的设计提出了挑战。

本文结合智能控制理论，最大限度采用成熟技术和利用可靠装备，进行基于不中断供电技术的航空地面电源改进方案研究。通过对地面电源的技术改进，实现地面电源向航空电源系统供电的无缝转换，提高了航空电源的供电可靠性。