野战方舱智能电源系统设计研究
赵有斌
[摘 要]本文通过列举不同类型飞机电源系统发展概况和优缺点，继而引出对军用飞机电源系统的设计思考。从军事需求上入手，以抗电磁干扰能力，军用飞机电源系统可靠性，军用飞机电源系统的維护检修以及军用飞机电源系统的集成四个方面为研究方向，对军用飞机电源系统的设计研究方向给出了结论。
[关键词]军用飞机电源系统 高压直流 变速恒频 低压直流 恒速恒频
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0370-01
1 引言
自从飞机被发明以后就逃脱不了被用于战争的命运。从一战的空中肉眼侦察，拔枪对射。二战的机炮和雷达无线电。到了冷战时期更是发展神速，战术空中导航系统（塔康系统），电子战系统等日趋复杂。现代F22，J20，T50等第四代战机横空出世，对电子系统的依赖更是空前。而飞机电源系统也成为了制约飞行器性能的重要条件，增强飞机电源系统对于提高军机的战斗效能具有重要意义。
2 飞机电源系统概况
供电系统是飞机上电能产生，变换，输送与分配部分的总称，包含从电源到用电设备输入端的全部环节，通常分为电源系统和配电系统两部分。其中电源到电源汇流条之间的部分是电源系统。电源汇流条到用电设备输入端的部分是配电系统。
为保证在各种情况下，需要工作的各种机载用电设备都能获得电能。飞机电源系统由主电源、辅助电源、应急电源，二次电源以及外部电源供电插座等系统与设备组成。
飞机电源的类型是指飞机主电源类型。有低压直流、交流、高压直流电源以及混合电源，其中交流电源有恒速恒频、变速恒频、变速变频。[1]
2.1 低压直流交流电源
低压直流电源历史最为久远。于上世纪三四十年代趋于成熟稳定。早期使用震动式的电压调节。上世纪40年代以后基本使用碳片式调节，60年代出现了晶体管式电压调节。现如今，已使用模块化的微型处理器对发电机进行调节控制。
其主要优点为结构简单，使用方便。用蓄电池作为备用电源。缺点也很明显，直流发电机的电刷与换向器限制了电机转速，从而限制了电机的最大容量。电源容量加大后，飞机直流电网的重量显著增加。但随着电力电子技术的发展。无刷直流发电机和静止变流器等设备的出现，为低压直流电源提供了新的发展条件。
2.2 恒速恒频交流电源
主电源是由恒速传动装置和交流发电机构成的400赫、115/200伏三相交流电源系统。额定容量有20、30、40、 60、 90、120和150千伏·安等几种。它用变压整流器作二次电源，应急电源由飞机蓄电池或应急交流发电机构成。有的飞机上还有辅助动力装置作为辅助电源。飞机交流电的频率是400赫，比一般市电频率高得多。电源频率高可减小用电设备中的变压器、扼流圈和滤波电容等电磁和电气元件的体积。
其优点为工作环境温度高过载能力强。缺点为恒速传动装置（CSD）生产维护困难，电能转化率较低，只有70%左右。难以实现启动发电。
2.3 变速恒频交流电源
由航空发动机直接传动的无刷交流发动机和频率变换器构成主电源的 400赫三相交流电源系统。1972年第一套20千伏·安变速恒频交流电源装机使用，主要用在先进的歼击机上。这种电源系统电能质量高，运动部件少，使用维护方便，可以构成无刷起动/发电双功能系统。缺点是工作环境温度较低，承受过载和短路能力较差。
2.4 变频交流电源系统
变频交流电源系统是最早在飞机上使用的交流电源系统。变频交流电源系统中，交流发电机是由发动机通过减速器直接驱动的，因而输出的交流电频率随发动机转速的变化而变化。它主要用于装有涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机的飞机或直升机上，并称之为窄变频交流电源系统。
2.5 混合电源系统
由低压直流电源和变频交流（有时为恒频交流）电源构成主电源。应急电源用蓄电池，二次电源用变流机或静止变流器。新一代混合混合电源的特点是：发电装置运动部件少，发动机上安装的所需空间小。电能质量，高效率，高损耗小，使用维护简单。
2.6 高压直流电源系统
随着功率电子器件、大规模集成电路和稀土永磁材料的发展，70年代开始研制额定电压为 270伏的高压直流电源系统。这种电源系统兼有低压直流电源系统和交流电源系统的优点：效率高，重量轻，并联和配电简便，易实现不中断供电，抗干扰能力强，不需要恒速传动装置，因而简单、经济、维护方便，但电路开关器件、电能变换装置、功率转换装置及无刷直流电动机比较复杂。[2]
3 军事需求
一战是步兵和大炮的战争。二战是飞机和坦克的战争。而现代战争是陆海空天电五位一体的战争，对于军用航空器提出了更高的要求。我们需要取其精华，弃其糟粕。大胆创新。开发出更符合现代战争要求的飞机电源系统。
那么，对于现在战争来说。飞机电源系统需要在哪几大方面进行设计研究呢？
3.1 抗电磁干扰能力
由于现代战争中武器的运用基本上都离不开电子设备。所以专门破坏电子设备的武器应运而生。电磁脉冲炸弹，石墨炸弹等武器对于电子设备破坏巨大。强力的电磁脉冲可以瞬间烧毁电子元件。虽然暂时还没有专门针对飞机的电磁脉冲空对空导弹。但将来这种容错率低，毁伤性大的电磁武器一定会走上战争舞台。我们的作战飞机能否在空战中抵抗这种电磁干扰将决定战争的胜负。因此我们需要在电磁防护方面进行较大力度的研究设计。
3.2 电源系统的可靠性
现代空战效率高，强度大。可靠的飞机电源系统能够保证战机高效的完成任务。那么可靠性又分为哪几个主要方面？
3.2.1 电源系统的供电能力
在激烈的对抗中保持供电的稳定，在恶劣条件下保证飞机系统功能的正常运转是十分重要的。与民航不同，民航在恶劣条件下保证基本的电源供电稳定就可以了，军航则需要更稳定的，尽可能多的设备运转。以保证空战的胜利。endprint
3.2.2 电源系统的硬件性能
由于现代军用飞机中电子元件的大量運用。飞机电源系统大负荷运转的几率增加，因此，硬件损坏的概率增大。对于正在执行任务的军机来说，电源系统出了问题就宣布任务的失败。我们不仅需要从硬件设计入手去研究更可靠的硬件系统。同时需要在硬件的材料本身上下功夫。军用飞机需要更耐高温耐严寒，能够持续在大负荷条件下运行的硬件材料。
3.2.3 电源系统的容错能力
在高强度的空战下。电子元件更容易出现损坏，在损坏时，软件及时搭配出合理方案解决问题能够保证飞机的飞行安全。我们需要在研究中运用仿真系统和大数据尽可能的将各种情况考虑到，录入软件系统中使其能在第一时间做出反应，提高电源系统的容错能力。
3.3 电源系统的维护检修
现代战争迅捷高效，战场瞬息万变。更高效的维护检修能力有利于飞机的快速起飞，提高战机的快速反应能力，在相同时间内，提高飞机运行架次，从而提高战斗力。更方便的维护方式，更简单的维护方法，更科学的维护工具。我们如果能做到，必将产生强大的竞争力。看似不太起眼的维护，其实蕴含着巨大的价值。
3.4 电源系统的集成
军用飞机对于飞机重量的要求极高，更小的重量就意味着能多装一些油，多飞几十公里。更小的体积意味着能装载更多电子设备来提高飞机的作战能力。更方便的修理意味着效率的提高，飞机能更快的参加战斗。
4 总结
军用飞机电源系统与民用飞机电源系统有很多不同，我们在研究设计过程中，不仅要研究更加先进的硬核技术，还要针对战场的情况来研究相对的策略。军队需要的是战斗力，而战斗力不只体现在它的硬核技术上。保障能力，持续作战能力，生存能力，对恶劣环境的抵抗能力都是极其重要的环节。军用飞机电源系统的抗电磁干扰能力，可靠性，维护检修，任一方面的提升，都可以有效提高战斗力。需求决定市场。军用飞机电源系统的设计研究一定要紧跟现代战争的步伐，想军队之所想，才能做出更好的军用飞机电源电源系统。[3]
参考文献
[1] 严东超.飞机供电系统.国防工业出版社， 2010（1）：1-20.
[2] 程国华.大型民用飞机电源系统的现状与发展[J].民用飞机设计与研究， 2008（4）：1-5.
[3] Lan Moir.军用航空电子系统.电子工业出版社，2008（2）：66-80.endprint
