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1、多电飞机机电系统关键技术探究【摘 要】 随着波音 787 飞机的出现 ，多电飞机在民用航空领域的应用已经成为现实。多电飞机技术在飞机的电源系统、飞控 系统、环控 系统 以及刹车 系统等方面都有具体的体现 ，其 关键技术的发展 也推动 着飞机全 电化进 程。【关键词】多电飞机；机电系统；波音 7870 引言飞机主发动机 除了完成提供飞行所需 的动力这一 主要功能之外 还为飞机上四种次级功率系统 ，即液压 、气压 、电气 和机械 系统提供原动力。多种二次能源造成飞机上接口多，飞机对地面设备的依赖性大自主性小。为了提高飞机可靠性 、可维护性 以及使用成本 多电飞机技术的研究成为飞机发展的重要方向多电
2、飞机 (MEA，MoreElectricAircraft)是一种用 电力系统部分取代原来的液压 、气压 和机械驱动系统 的飞机 ，力 图使 飞机的次级功率系统尽量多地用电的形式分配采用电能取代其它 的二次能源的多电飞机涉及到飞控系统 、环控系统 、防除冰系统以及起落架系统等诸 多机 电系统 的设备和技术 的变革 一1 飞行控制系统功率电传(PWB)技术的应用是多电飞机的重要表现 功率电传是指 由飞机次级能 源系统至作动系统各执行机 构之间的功率传输是通过 电导线 以电能量传输 的方式完成的传统的飞机采用液压作动系统 由于飞机 全身布满液压管路 增加 了飞控 系统 的总重量 使飞机 的受攻击 面
3、积增 大 导致飞机战伤生存率不高 ：其次高压化和大功率则使传统飞机液压 系统的效率 问题 日益突出，进而引发了诸如散热 、使飞机燃油总效率降低等问题。而在多电飞机上将飞机次级功率 系统 中的液压作动机 构改为功率电传 给飞行器的操纵和控制方式带来巨大变化其优点包括：可靠性高、生存力强 、维修性好 、效率高 、容错力强 、大量节省费用。采用 功率电传作动系统将取 消飞机上既有电源又有液压源 双个二次能源 的结构 ，对发展多电、全 电飞机具有重要 意义 。目前 的功率电传作 动系统 主要有两类 ：一种是 电动静液作动系统 (EHA1 方案 ：另一种是机电作动 系统(EMA)f1)电动静液作动器 E
4、HA(ElectroHydrostaticActuator)电动静 液作 动系统 由控制器 、电动机及其所驱动 的液压泵 、液压作动器组件 、高压液压油箱组成。其 中控制器包括数字控制和电机控制两个部分，数字控制部分起着伺服控制的作用，实现回路闭合、系统监控和余度管理等功能 ：并 与飞行控制计算机和数据链接 口 接受飞行控制计算机发 出的电动机驱动指令和把数据发送 给飞行 控制计算机进行诊断。电机控制部分则响应来 自数字控制部分 的指令 ，对 电机实施脉宽调制 把 电力加到电机上以驱动液压泵 系统 中的 电机驱动一 个液压泵 把 油液从其 自身的小油箱 中输 出从而驱动副翼 它的液压系统与中央
5、液压 系统相对独立(2)机电作 动器 EMA(ElectromechanicalActuator)EMA 作动 系统通常包括飞控计算机 、接线盒 、飞机 400Hz 电源 、功率控制监控电路及 EMA 作动器本体 EMA 作动器本体由直流无刷电动机 、滚珠丝杠和微处理控制器以及位置 、速度 、电压和 电流监控装置等组成 EMA 系统 可以在不 改动原来 的飞行控制 系统 的情况下代替普通的作动器2 环境控制系统B787 飞机环控系统首创地取消了发动机引气 而是采 用了电环控技 术。飞机环境控制 系统 (Ecs)的主要功 用是 ：给驾 驶舱 、客舱 增压 、通风和控制其温度 ；给设备通风冷却。现
6、在大 型民航客机上使用的ECS是用 发动机压气机引气 作为其气源 的 主要作 用是调节空 气的流量 、压 力和温度等 。发动机从压气机引气会 对其燃 油消耗 产生明显的影响 。燃油消耗率主要取决于 下列 参数 ：引气流量 、引气压力和发动机功率等 现有传统的 ECS 只由发动机引气提供 其工作所需的能量 即在任何条件下 ，特别是在恶 劣工况(低压 、高温 尤其 是在起飞和爬升阶段 )下 发动机 引气是 ECS 工作 的唯一动 力源 而不需要 使用其它能源 。ECS 的电气化是指其驱动能源用 电能取代发动机引气能源 这种系统可称为全电 ECS 全 电 ECS 不再从发动机引气 其工作不会直接影响
7、发动机热动力循环 可节省 飞机燃油消耗 减少飞 机性 能代偿 损失 全 电 ECS 的电能消耗量直接 与乘客 的数量有关 因为乘客 的数量决定了座舱所需要的新风流量 每个乘客所需的最小新风量由适航标准确定 。在所有的非推进 系统 中，ECS 和机翼防冰系统 (WlPS)的能耗最大 ，对多电飞机 而言 这一点更加 突出。ECS 的 电气化将在发 电、电能管理和节省燃油等方面发挥重要作用 同时也会对利用发动机引气的其它 系统(如 WlPS)产生较大的影 响3 防除冰系统飞机在负 温云层中飞行或具有负温表面 的飞机 在正温云层或无云大气 中飞行时 可以发生飞机结冰现象 飞机结冰对飞机 的飞行危害很
8、大，轻者造成 飞机飞行性能降低 重者会导 致机 毁人亡的严重事故 因此 飞机防冰系统对安全飞行是必不可少的根据 防冰 系统所 采用的能量方式 ，有机械 防冰系统 、液体防冰 系统 、气热 防冰系统 、电热防冰系统。其 中电热防冰系统是 目前较多采用的系统 ，它主要 由加热元件 、转换器 、绝缘层 、过热保 护装置 、温度传感头及 电源等组成 电热防冰技术将电能转变 为热 能加 热部件 的待 防护表面使其不结冰。电热防冰系统一般由电源 、选择开关、过 热保 护装置 及 电加热元件等 组成 选择 开关有“手动” 、 “自动”等位置 。当位于“自动”位置时 飞机结冰传感器感受结 冰电讯号 自动接通
9、或断 开系统电源。过热保护装置 f 包括温度传感头和继电器)用来防止部件表面蒙皮过热而变形 。电加热元件将 电能转变为热能 ，对部件表面加热 、除冰 电防冰的加热方式有连续加热和间断加热两种方式 。对表面不允许结冰或加热耗 电功率较小的部件(如风挡 、空速管等)，常用连续加热的方式 ：对表面允许 少量结 冰或加热耗电功率较 大的部件(如机翼 、尾翼等 1常用周期加热 的方式4 全电刹 车系统全电刹 车系统是通过电机 、蜗轮蜗杆 与滚珠丝杠构成的机电结构取代原有的液压刹车系统 电刹 车取消 了液压刹车系统的伺服 阀、油源等系统采 用电机和传动装置。电刹车对电机要求较高 ，电刹车技术的难点是电机
10、的研制 以及传动系统精度 的保证电力作动飞机刹 车系统研究对我 国航空科 学技 术的发展有着极其重要的作用 刹车 系统性能的不断提高首先保证 了 飞机的安全性 ，使飞行员与飞机得 到最大程度的安全保 障：电力作动刹车 系统 的研制需要采用大量当前较 为先进 的控制方法与控制 芯片这些新技术 _卜新方法 的应用都大大提 高了飞机整体与局部性能 ：电力作动刹车 系统 的开发也使我们不断学习当今较为先进的飞机控制与设计技术。与现有 的液压作动刹 车系统相 比电力作 动刹车系统具 有可 靠性高 、维修性好 、刹车效率高 、节省费用等优点 ，提 高了飞机 整体性 能 、安全性及稳定性。飞机 全电刹车系统
11、 的研究将 对飞机结构设计和飞机控 制系统的发展都将 产生极其重要 的影 响 因为它彻底改变 了原有液 压控 制部分 使得整个飞机的结构发生 了改 变 ：对于原有的刹车控 制盒也做 _很 大的改进 ：同时对驱动电机 的研究也提出了很高 的页 )要求 ，就如同内燃机车到电力 机车的改进一样 ，它 的变化不仅 是局部 的改变 而是一个全方位变化。5 总结波音 787 飞机的出现特别是其中诸多机电系统多电技术的成功应用 为多电飞机的发展提供 了实例 同时也推动着飞机机 电系统朝着数字化 、集成化 、高可靠性 、高效率方 向发展。多电飞机 已经成 为现实 随着电子 电气技术以及计算机技术 的发展 ，全电飞机 的时代 也将到来参 考文献 】1沈海军，史友进飞机防冰与除冰的若干技术J1l 飞机 T：程 ，2004(1)：5457 2齐蓉 林辉 ，周素莹 多 电飞机 电气系统关键技术研究 【J1 航 空计算技术 ，2004(1)3朱新宇多电飞机及其技术发展分析 lJ1l 民用飞机设计与研究 ，2007(4)4冯斌波音 787 的新技术 lJJl 航空维修与工程，2005(5)5王复华多电飞机及其发展状况 lJ1航空制造技术 2008(9)
