民机应急电源系统分析和设计

1、    民机应急电源系统分析和设计    卿涛摘 要：以某型水陆两栖飞机应急电源系统的设计为例，对航空蓄电池在大型民用飞机上的应用进行研究。通过对飞机使用要求和适航要求等进行分析，确定系统功能，并得出系统构架。通过负载统计和容量分析，确定电源系统中蓄电池的配置情况，并根据需求实现电气原理的设计。关键词：飞机；应急电源；蓄电池；电路：v242.2 ：a ：2095-6835（2014）06-0009-02飞机电源系统的主要功能是产生或存储机载用电设备所需的电能，以保证机上各用电设备工作时的电能供应。在应急状态下，航空蓄电池常被用作能源存储设备。随着飞机机载

2、用电设备类型和数量的不断增加，各系统对电源系统的容量、供电质量和可靠性要求也不断提高。因此作为机上最后的电能来源，应急供电系统已成为设计者、适航审查人员和用户重点关注的部分。以某型水陆两栖飞机的应急电源系统设计为例，对航空蓄电池在飞机上的应用进行研究。1 系统需求介绍某型水陆两栖飞机用于森林灭火和水上救援，其应急电源主要是在主电源故障的情况下，向机上关键设备供电，或在地面时因为无地面电源的情况下为起动apu供电。考虑到成本和使用重复性等因素，飞机的应急电源均采用航空蓄电池。根据飞机的使用环境、使用模式和适航规章要求，分析、总结出应急电源的功能需求：应急电源能在飞机应急状态下向机上关键设备供电，

3、在地面无地面电源的情况下为起动apu供电；每块蓄电池电路中都设有控制装置，能实现蓄电池与其他系统的隔离；蓄电池在各种状态下的参数和告警信息，需在驾驶舱进行显示和告警；蓄电池的安装应考虑排气，防止有害气体聚集；蓄电池的设计和安装应确保电解液或其他有害物质的溢出不损坏邻近部件和结构，并应有防止蓄电池过热的措施。2 系统分析2.1 系统构架根据功能需求分析，设置一个应急蓄电池配电盒作为应急电源系统的核心部件。其为蓄电池、地面电源和apu提供与机上电网对接的接口，接收驾驶舱控制信号，实现蓄电池的控制和正常/应急供电的转换。此外，通过传感器将参数信息传给电源参数采集器，由其转换成arinc429信号后传

4、给eicas系统，进而实现应急电源参数在驾驶舱的显示和告警功能，并提供二次配电系统的接口，将应急电源分配到各个关键设备。2.2 蓄电池的种类按电解质的不同性质，航空蓄电池可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。酸性蓄电池有铅酸蓄电池，而碱性蓄电池有银锌蓄电池和镉镍蓄电池。考虑到某型水陆两栖飞机的使用环境、蓄电池的安装和维护要求，要选用能适应大电流放电和自放电小、寿命长、低温特性好的20gnc28-（2）镉镍蓄电池作为应急电源。2.3 应急电源的选择应急电源必须要有保证飞行安全所需的关键负载供电的能力。某型水陆两栖飞机以直流供电为主，应急电源仅包含应急蓄电池。根据咨询通告ac25-7a，仅用蓄电池作为应急

5、电源的飞机，应急电源必须能对飞行安全所必需的仪表显示、系统、设备或在仪表气象条件（imc）飞行期间，对各部件至少进行30 min的供电。因此，在应急状态下，由蓄电池组向机上关键设备供电，关键负载所需的安装时数按下式计算：q =it. （1）式中：q所需总容量；i设备用电量；t设备工作时间。通过对各系统关键负载的统计，确定30 min负载应急用电需求为65 ah。在选择应急蓄电池时，应该先满足用电需求，但同时蓄电池容量不宜过大，以免带来重量负担。飞行状态蓄电池选用浮充电的方式。计算蓄电池容量时，需考虑浮充电修正系数，此外，还应考虑寿命修正系数。根据咨询通告ac23-8b可知，浮充电修正系数取0.

6、9，寿命修正系数取0.8，蓄电池修正容量计算公式为：c修=0.8×0.9×c. （2）式中：c修蓄电池修正容量；c蓄电池额定容量。根据公式（2）可以算出所需蓄电池额定容量为90.28 ah，而应急电源系统的容量裕度一般要求为10%以上。最终选择4块20gnc28-（2）（总容量为112 ah）的镉镍蓄电池作为应急电源。2.4 蓄电池安装根据系统需求，在进行机械安装时，需考虑蓄电池与其他系统的物理隔离、危险气体的排放和蓄电池的保温等。通过设计用于安装蓄电池的保温箱，实现其物理隔离和保温。保温箱内部设置有单向排气管，用于连接蓄电池组的排气孔，将危险气体排到机外。2.5 电路设计

7、应急蓄电池供电系统原理图如图1所示。驾驶员通过控制开关，将应急蓄电池接入飞机电网。地面电源和apu通过正常/应急转换接触器接入飞机正常汇流条。在没有地面电源时，可采用蓄电池直接为apu起动供电，而不经过机上电网。在正常情况下，应急蓄电池由正常汇流条进行浮充电。在全部发电机出现退网的情况下，应急接触器将自动转换，将应急蓄电池接到应急汇流条进行应急供电。此外，设置手动模式在紧急情况下实现正常/应急供电的手动切换。20gnc28-（2）镉镍蓄电池自带超温告警开关，当蓄电池温度超过（71±3）时，接通并输出超温信号。蓄电池电流信号通过电流传感器采集，而电压信号则直接采集蓄电池输出端电压，电流

8、、电压信号和超温告警信号传输到参数采集器，并最终发送到eicas系统，实现蓄电池参数显示和告警。eicas系统同时接收发电机状态信息，通过发电机状态信息和蓄电池电流状态来判断蓄电池是否出现不正常放电现象。3 结论依据民用飞机适航条款并结合飞机使用要求，对飞机应急电源供电系统进行需求分析。通过负载计算得出蓄电池的容量需求，选取符合使用需求的蓄电池，最终设计出满足系统要求的应急供电原理的方法，并对其进行了研究。结合飞机设计经验和设计需求，提出蓄电池在飞机上应用时需要考虑的诸多问题，并提出了相应的解决措施，以期为类似的系统设计提供参考。参考文献1周洁敏.飞机电气系统m.北京：科学出版社，2010：4

9、0-60.编辑：白洁 摘 要：以某型水陆两栖飞机应急电源系统的设计为例，对航空蓄电池在大型民用飞机上的应用进行研究。通过对飞机使用要求和适航要求等进行分析，确定系统功能，并得出系统构架。通过负载统计和容量分析，确定电源系统中蓄电池的配置情况，并根据需求实现电气原理的设计。关键词：飞机；应急电源；蓄电池；电路：v242.2 ：a ：2095-6835（2014）06-0009-02飞机电源系统的主要功能是产生或存储机载用电设备所需的电能，以保证机上各用电设备工作时的电能供应。在应急状态下，航空蓄电池常被用作能源存储设备。随着飞机机载用电设备类型和数量的不断增加，各系统对电源系统的容量、供电质量和

10、可靠性要求也不断提高。因此作为机上最后的电能来源，应急供电系统已成为设计者、适航审查人员和用户重点关注的部分。以某型水陆两栖飞机的应急电源系统设计为例，对航空蓄电池在飞机上的应用进行研究。1 系统需求介绍某型水陆两栖飞机用于森林灭火和水上救援，其应急电源主要是在主电源故障的情况下，向机上关键设备供电，或在地面时因为无地面电源的情况下为起动apu供电。考虑到成本和使用重复性等因素，飞机的应急电源均采用航空蓄电池。根据飞机的使用环境、使用模式和适航规章要求，分析、总结出应急电源的功能需求：应急电源能在飞机应急状态下向机上关键设备供电，在地面无地面电源的情况下为起动apu供电；每块蓄电池电路中都设有

11、控制装置，能实现蓄电池与其他系统的隔离；蓄电池在各种状态下的参数和告警信息，需在驾驶舱进行显示和告警；蓄电池的安装应考虑排气，防止有害气体聚集；蓄电池的设计和安装应确保电解液或其他有害物质的溢出不损坏邻近部件和结构，并应有防止蓄电池过热的措施。2 系统分析2.1 系统构架根据功能需求分析，设置一个应急蓄电池配电盒作为应急电源系统的核心部件。其为蓄电池、地面电源和apu提供与机上电网对接的接口，接收驾驶舱控制信号，实现蓄电池的控制和正常/应急供电的转换。此外，通过传感器将参数信息传给电源参数采集器，由其转换成arinc429信号后传给eicas系统，进而实现应急电源参数在驾驶舱的显示和告警功能，

12、并提供二次配电系统的接口，将应急电源分配到各个关键设备。2.2 蓄电池的种类按电解质的不同性质，航空蓄电池可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。酸性蓄电池有铅酸蓄电池，而碱性蓄电池有银锌蓄电池和镉镍蓄电池。考虑到某型水陆两栖飞机的使用环境、蓄电池的安装和维护要求，要选用能适应大电流放电和自放电小、寿命长、低温特性好的20gnc28-（2）镉镍蓄电池作为应急电源。2.3 应急电源的选择应急电源必须要有保证飞行安全所需的关键负载供电的能力。某型水陆两栖飞机以直流供电为主，应急电源仅包含应急蓄电池。根据咨询通告ac25-7a，仅用蓄电池作为应急电源的飞机，应急电源必须能对飞行安全所必需的仪表显示、系统、设备

13、或在仪表气象条件（imc）飞行期间，对各部件至少进行30 min的供电。因此，在应急状态下，由蓄电池组向机上关键设备供电，关键负载所需的安装时数按下式计算：q =it. （1）式中：q所需总容量；i设备用电量；t设备工作时间。通过对各系统关键负载的统计，确定30 min负载应急用电需求为65 ah。在选择应急蓄电池时，应该先满足用电需求，但同时蓄电池容量不宜过大，以免带来重量负担。飞行状态蓄电池选用浮充电的方式。计算蓄电池容量时，需考虑浮充电修正系数，此外，还应考虑寿命修正系数。根据咨询通告ac23-8b可知，浮充电修正系数取0.9，寿命修正系数取0.8，蓄电池修正容量计算公式为：c修=0.8

14、×0.9×c. （2）式中：c修蓄电池修正容量；c蓄电池额定容量。根据公式（2）可以算出所需蓄电池额定容量为90.28 ah，而应急电源系统的容量裕度一般要求为10%以上。最终选择4块20gnc28-（2）（总容量为112 ah）的镉镍蓄电池作为应急电源。2.4 蓄电池安装根据系统需求，在进行机械安装时，需考虑蓄电池与其他系统的物理隔离、危险气体的排放和蓄电池的保温等。通过设计用于安装蓄电池的保温箱，实现其物理隔离和保温。保温箱内部设置有单向排气管，用于连接蓄电池组的排气孔，将危险气体排到机外。2.5 电路设计应急蓄电池供电系统原理图如图1所示。驾驶员通过控制开关，将应急蓄

15、电池接入飞机电网。地面电源和apu通过正常/应急转换接触器接入飞机正常汇流条。在没有地面电源时，可采用蓄电池直接为apu起动供电，而不经过机上电网。在正常情况下，应急蓄电池由正常汇流条进行浮充电。在全部发电机出现退网的情况下，应急接触器将自动转换，将应急蓄电池接到应急汇流条进行应急供电。此外，设置手动模式在紧急情况下实现正常/应急供电的手动切换。20gnc28-（2）镉镍蓄电池自带超温告警开关，当蓄电池温度超过（71±3）时，接通并输出超温信号。蓄电池电流信号通过电流传感器采集，而电压信号则直接采集蓄电池输出端电压，电流、电压信号和超温告警信号传输到参数采集器，并最终发送到eicas

16、系统，实现蓄电池参数显示和告警。eicas系统同时接收发电机状态信息，通过发电机状态信息和蓄电池电流状态来判断蓄电池是否出现不正常放电现象。3 结论依据民用飞机适航条款并结合飞机使用要求，对飞机应急电源供电系统进行需求分析。通过负载计算得出蓄电池的容量需求，选取符合使用需求的蓄电池，最终设计出满足系统要求的应急供电原理的方法，并对其进行了研究。结合飞机设计经验和设计需求，提出蓄电池在飞机上应用时需要考虑的诸多问题，并提出了相应的解决措施，以期为类似的系统设计提供参考。参考文献1周洁敏.飞机电气系统m.北京：科学出版社，2010：40-60.编辑：白洁 摘 要：以某型水陆两栖飞机应急电源系统的设

17、计为例，对航空蓄电池在大型民用飞机上的应用进行研究。通过对飞机使用要求和适航要求等进行分析，确定系统功能，并得出系统构架。通过负载统计和容量分析，确定电源系统中蓄电池的配置情况，并根据需求实现电气原理的设计。关键词：飞机；应急电源；蓄电池；电路：v242.2 ：a ：2095-6835（2014）06-0009-02飞机电源系统的主要功能是产生或存储机载用电设备所需的电能，以保证机上各用电设备工作时的电能供应。在应急状态下，航空蓄电池常被用作能源存储设备。随着飞机机载用电设备类型和数量的不断增加，各系统对电源系统的容量、供电质量和可靠性要求也不断提高。因此作为机上最后的电能来源，应急供电系统已

18、成为设计者、适航审查人员和用户重点关注的部分。以某型水陆两栖飞机的应急电源系统设计为例，对航空蓄电池在飞机上的应用进行研究。1 系统需求介绍某型水陆两栖飞机用于森林灭火和水上救援，其应急电源主要是在主电源故障的情况下，向机上关键设备供电，或在地面时因为无地面电源的情况下为起动apu供电。考虑到成本和使用重复性等因素，飞机的应急电源均采用航空蓄电池。根据飞机的使用环境、使用模式和适航规章要求，分析、总结出应急电源的功能需求：应急电源能在飞机应急状态下向机上关键设备供电，在地面无地面电源的情况下为起动apu供电；每块蓄电池电路中都设有控制装置，能实现蓄电池与其他系统的隔离；蓄电池在各种状态下的参数

19、和告警信息，需在驾驶舱进行显示和告警；蓄电池的安装应考虑排气，防止有害气体聚集；蓄电池的设计和安装应确保电解液或其他有害物质的溢出不损坏邻近部件和结构，并应有防止蓄电池过热的措施。2 系统分析2.1 系统构架根据功能需求分析，设置一个应急蓄电池配电盒作为应急电源系统的核心部件。其为蓄电池、地面电源和apu提供与机上电网对接的接口，接收驾驶舱控制信号，实现蓄电池的控制和正常/应急供电的转换。此外，通过传感器将参数信息传给电源参数采集器，由其转换成arinc429信号后传给eicas系统，进而实现应急电源参数在驾驶舱的显示和告警功能，并提供二次配电系统的接口，将应急电源分配到各个关键设备。2.2

20、蓄电池的种类按电解质的不同性质，航空蓄电池可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。酸性蓄电池有铅酸蓄电池，而碱性蓄电池有银锌蓄电池和镉镍蓄电池。考虑到某型水陆两栖飞机的使用环境、蓄电池的安装和维护要求，要选用能适应大电流放电和自放电小、寿命长、低温特性好的20gnc28-（2）镉镍蓄电池作为应急电源。2.3 应急电源的选择应急电源必须要有保证飞行安全所需的关键负载供电的能力。某型水陆两栖飞机以直流供电为主，应急电源仅包含应急蓄电池。根据咨询通告ac25-7a，仅用蓄电池作为应急电源的飞机，应急电源必须能对飞行安全所必需的仪表显示、系统、设备或在仪表气象条件（imc）飞行期间，对各部件至少进行30 min

21、的供电。因此，在应急状态下，由蓄电池组向机上关键设备供电，关键负载所需的安装时数按下式计算：q =it. （1）式中：q所需总容量；i设备用电量；t设备工作时间。通过对各系统关键负载的统计，确定30 min负载应急用电需求为65 ah。在选择应急蓄电池时，应该先满足用电需求，但同时蓄电池容量不宜过大，以免带来重量负担。飞行状态蓄电池选用浮充电的方式。计算蓄电池容量时，需考虑浮充电修正系数，此外，还应考虑寿命修正系数。根据咨询通告ac23-8b可知，浮充电修正系数取0.9，寿命修正系数取0.8，蓄电池修正容量计算公式为：c修=0.8×0.9×c. （2）式中：c修蓄电池修正容量；c蓄电池额定容量。根据公式（2）可以算出所需蓄电池额定容量为90.28 ah，而应急电源系统的容量裕度一般要求为10%以上。最终选择4块20gnc28-（2）（总容量为112 ah）的镉镍蓄电池作为应急电源。2.4 蓄电池安装根据系统需求，在进行机械安装时，需考虑蓄电池与其他系统的物