试验机测试系统电气改装负载的管理研究

摘 要：该文通过分析先进飞机的电气电源管理系统，依据大型试验机测试系统电气设计改装工作的实际情况，提出测试系统负载管理的设计方法。

关键词：分布式 负载管理 固态配电

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0179-02

试验机测试系统改装是指为了对试验机进行各类试飞测试任务而进行的设计改装工作，测试系统电气设计改装是指对试验机加装的各类测试系统设备进行合理配电设计、电缆制作、电缆敷设等工作。目前电气改装配电采用常规配电方式，基于接触器、继电器、熔断器等器件的热保护方式。其弊端是机上敷设电缆的重量大，电网敷设复杂，而且该配电方式仅对负载热保护，不能实时监测负载用电信息。

目前先进飞机电网已经开始采用分布式、智能化的配电方式，而其作为试验机电源系统的一个部分，也应适应这一发展趋势。针对某大型试验机改装来说，全机加装测试设备多而且安装区域分散，若采用常规配电方式，会对飞机电网带来许多弊端，为了对全机测试系统负载进行更好的管理，适应未来先进飞机的配电系统，特提出测试系统负载配电管理的设计方法，即分布式、智能化的配电管理，该设计方法不但能够提高配电系统的可监控性，而且减重效果明显，非常适用于大型飞机的测试系统配电改装。

1 系统设计

1.1 系统设计思路

测试系统改装电气负载管理的设计，应依据先进飞机的分布式、智能化配电技术，并结合试验机测试系统改装电气配电的特点来提出。

分布式、智能化配电特点是：采用分布式汇流条和负载自动管理技术。用电设备可以就近与配电汇流条相连，由计算机通过多路传输数据总线传递控制信号和状态信息，经固态功率控制器对负载进行控制和保护。

试验机测试系统电气改装负载配电的特点是：测试系统改装负载与原机电网必须隔离保护；测试系统改装负载使用电源类型的多样化（如：直流 28 V、单相/三相交流115 V、交流220 V等）；测试系统负载供电采用开关集中控制，并对每条支路负载实现过流保护。

由上述分析得出，应对常规集中式配电方式进行改进优化，即采用集中控制，分布式、智能化配电来实现。这种新的配电方式既能满足全机改装设备、传感器的供电需求，又能够实现负载的自动控制与管理功能，它的未来应用对飞机安全飞行、成功执行试飞科目起着关键的作用。

1.2 系统设计组成

测试系统改装电气负载管理是一种基于固态器件的计算机控制配电系统。系统设计成三级结构：一级配电系统是显控系统；二级配电系统是负载管理中心（控制计算机）；三级配电系统是固态功率控制器（SSPC）。这三级配电系统相互连接，并通过总线相互通信，完成对负载的配电管理。系统框图如图1所示（图中实线表示电气线路，虚线表示总线线路）。

固态功率控制器是负载管理的主要执行器件，可根据负载的集中分布点，选择在试验机上安装的区域和数量，由于固态功率控制器设计小型化，便于分区域安装在飞机的各个舱位，测试系统负载即可就近引电。

1.3 系统各部分工作原理

测试系统负载管理三级控制中，负载管理中心根据显控系统的操作指令，向固态功率控制器传输控制指令；固态功率控制器根据指令，控制各个支路负载的接通和断开，并将各支路用电信息传回负载管理中心；负载管理中心根据负载用电信息，向显控系统实时传输数据；显控系统显示各负载的用电信息和故障信息。整个系统在故障情况下可以重新配置，提高了自动化、可视化、维护性和可靠性。

1.4 系统各部分功能

（1）显控系统负责与用户建立友好的操作及显示界面，显示各个支路的负载用电信息，设置用电负载的电流参数值，提示各支路供电故障原因等。

（2）负载管理中心负责控制整个供电系统，主要包含系统状态获取，实现故障判断、通讯任务、供电请求任务、数据存储任务等。

（3）固态功率控制器负责控制用电负载的接通、断开，采集负载电流、电压信号，与处理机进行实时通信。

2 系统主要性能及特点

测试系统改装电气负载管理必须保证输出到各个负载的电能符合质量要求。该系统与常规配电系统相比较，主要优势有：提高了测试系统负载供电可靠性，能够及时发现故障和预测故障，在飞机应急或故障状态下，根据负载的优先级自动完成负载的切除，并保证向关键测试设备提供不中断供电；提高维护性，地面维护人员可以根据故障信息很快判断出故障点及原因；固态功率控制器可分区域配电，大大减少了馈电线路的密集程度。

3 系统的验证试验

经过论证分析，系统已设计完成，需要对该系统的功能、性能进行可靠性验证，验证试验通过两个阶段完成：

第一个阶段，进行地面试验验证。通过组建地面试验设备，模拟负载的自动控制过程，对系统的各个功能（如实时监控、过流保护、远程控制等）进行验证。试验设备包括：可调直流电源1台、自动保护开关、电气负载管理系统（包括显示控制屏、负载管理中心、固态功率控制器）、万用表、固定电阻负载、可调电阻负载等。

第二个阶段，进行真实机载环境下的试验验证。通过设计机上验证线路图，选择小电流测试系统负载和可调电阻负载，对系统的各个功能进行验证。试验选择载机为某型运输机，试验设备包括：电气负载管理系统机柜、固态功率控制器、万用表等。

目前，试验机测试系统改装电气负载管理系统已经完成这两个阶段的验证，系统运行稳定可靠，远程控制功能正确，可以应用于未来实际工作中。

4 系统的应用前景

试验机测试系统改装电气负载管理是基于大型飞机先进电源管理系统设计的，充分发挥了分布式、固态配电系统的优势，是发展的必然趋势。这种分区域、分级的负载管理方式有利于大型试验机改装电源系统配电设计，该系统的成功应用将使改装电气设计的自动化管理水平达到一个质的飞跃，也为实现未来全固态配电设计打下基础。

参考文献

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