航空机械电气系统设计与优化研究

航空机械电气系统设计与优化研究

李凯旋 彭雷云

山东矿机华能装备制造有限公司 山东 潍坊 262400

摘要：在我国航空事业不断发展的今天，飞行器的电力系统变得越来越复杂，其安全性也引起了社会的重视。机载用电设备多样，航空电源组成复杂，有低压直流、变频交流、高压直流等。随着航空机械电气系统的日益复杂，其电气设备隐患越来越大，其安全性也越来越突出。航空机械电气系统中的内部线缆长度有的多达数百公里，由此导致的线缆绝缘问题对飞行安全构成了极大的威胁。同时，大量飞行事故均与电力系统供电线引起的故障存在密切关系。为了确保航空机械电气系统运行的安全性，本文对其组成部分进行了分析，总结了优化与设计的内容。

关键词：航空；机械电气系统；设计；优化

在我国航空器发展迅速的今天，飞行的安全性已成为社会各界普遍关心的问题。研究发现，很多飞行事故都是由电力供应电缆引起的。航空机械电力系统对集成度和重量都有较高的需求，所以其线缆通常比较薄。另外，由于飞行阻力的限制，机体的体积优先满足载荷的需求，电力线路通常只能布置在机身侧壁上狭窄的地方。机舱壁上电线的类型很多，如电力线、信号线与冗余等，对此，要注意对航空机械电气系统的深入分析，通过对此系统科学设计与优化，确保机械电气系统运行的稳定性，为我国航空事业的发展提供更多支持[1]。

一、分析机械电气系统的组成部分

1、机载用电设备，包括飞控、传感器、伺服执行机构、任务载荷等。 2、电源线路（power line）。电源主要由发电机、变压器、变流器、储能装置组成。单行线的直流电力系统较为常用，根据工作的具体情况，可以将其分为24 V和12 V，可以由发电机、起动机、蓄电池以及电源总开关等部分构成直流电路。3、照明系统。机械电气系统在运行中，工作状态需要灯光系统发出的信号来提醒和警告，另外在晚上工作中，它也要具有外部照明功能，在着陆时起到很大的作用。常用的包括指示灯、照明灯、防撞频闪灯等[2]。

二、航空机械电气系统的设计内容

（一）机载设备的优化与设计

飞行控制器（简称飞控），通过接收器进行远程控制，并将控制信号（PWM、 oneshot、 dshot等）来对伺服机构进行控制，目前市场上的飞控的硬件结构都差不多，在结构上也相差不大。在对其进行设计时，功率方面使用MPM3515，从4 V到36 V的输入电压，1.5 A的持续电流，内置有一个内置的电感，周围的电路比较简单，而且 PCB的体积也比较小，一共有两个 DC/DC，一个 DC/DC的5 V，作为飞控外设的电源，还有一个3.3 V的 RT9013-3.3 GB的 LDO，其中一个3.3 V是给单片机供电，另外一个3.3 V是给 IMU单独供电。另外一条直流/直流电源则为图传输提供电源，为图传输提供独立的电源。此外，在对传感器进行设计时，要综合考量其量程、准确度、响应时间和耐用性等方面的因素。针对不同的使用场合，可以选用压力传感器，温度传感器，加速度传感器等。传感器的工作特性与其所使用的实际环境及使用场合密切相关。所以，在对其进行结构优化时，应综合各种因素，如温度区间，振动等因素。

（二）电源线路的设计

电源变换器包括短路保护、干扰滤波、瞬态抑制等内容。设计时，DC/DC功率变换器根据其工作模式可划分为切换和直线两种类型，出于对其工作效率及平台系统的需求，目前宇航电子装置普遍使用的是绝缘式开关功率变换器，通过对其进行调制与解调，或者是切换变换，从而获得工作所需要的每一组电压。以开关变换功率为例子，它的工作机理是：通过一个综合的控制电路生成整个功率源的全部控制信号，然后将该功率源的一次谐振和一次向二次的电能传输，在二次侧经过整流的滤波后，再将其作为一个采样来反馈给各个控制回路，通过它来对一次切换管的导通时间进行电压调节。一般 DC/DC功率变换器能够在较大的工作范围内（在空间飞行器上，一般为18-36 V）和较强的抗冲击性能[4]。

（三）照明系统的设计

飞行器的照明系统，包括指示灯，照明灯，频闪灯等。整体布置形式上，上方的配电控制箱及中心操作台上的开关板均为导光板，仪表盘，控制台及油压计面板均为彩色光源；对于仪表盘的灯光，要控制发光强度的，通过设置配电控制箱中的可调电阻来单独调整的，用5A的开关来保护灯具。控制平台灯光由中心控制平台灯光和油压控制面板灯光两个部分组成。照明灯以白光为光源，使用两只操作灯及一块导板进行灯光照射，两只操作灯作为光源，颜色都是白的，亮度是通过设置配电控制箱的可变电阻进行调整的。所述的光导板和上方的分配控制器箱的导光板共享一个控制器。通过5A的开关来保证灯具的安全，光导面板工作于115 V/400 Hz，采用两组静止式换流器，采用自耦合变压器对其发光强度进行调整。

（四）做好机械电气系统维护工作

机械电气系统工作中，存在着各种各样的故障，工作人员要针对特定的故障情况，进行高效分析，并与有关工作人员进行良好沟通与交流，对故障发生前后的情况和表现进行精确掌握，并通过观察的方法，通过看、摸、听等检查方法，查找出故障的区域，进而对发生故障的具体部位做出正确判断。测试期间，要对维修全过程做好详尽的记载，如有需要也可采用视频形式，便于以后维修。在对机械装置的电控系统进行故障检查时，要将整机供电电源关掉，以免发生保险丝熔断损坏，短路火灾等情况。维修人员要对电线的色彩和编号进行精确控制，防止出现错接线等情况；在使用电路测试仪器之前，应该正确地掌握其使用流程、使用条件和使用标准，并且在维修时要认真地看清楚装置的电路图，从而改进电路测试仪器的使用效果；最后，维修工作结束后，要准确、完整地记录所有参数，作为日后维修工作的参考依据。另外，维修工人在捆扎时，要防止强行弯曲，并要将绕组线闭合，以免线束出现损坏

[5]。

结束语

总之，要想促进我国航空工业的持续发展，要了解机械电气系统的组成，针对性的实现对机械电气系统的优化与设计，确保此系统运行的安全性，并且还要做好后续的维护工作，为后续我国航空事业的发展提供保障。

参考文献

[1]江军,李治,张本栋,沈志邦,李文源,张潮海. 航空线缆的绝缘性能与检测综述[J]. 中国电机工程学报,2023,43(10):4005-4022.

[2]高怀亮，郭健. 发动机系统综合测试设备设计研究[A]. 中国航空工业技术装备工程协会.2022年中国航空工业技术装备工程协会年会论文集[C].中国航空工业技术装备工程协会:《测控技术》杂志社，2022:4.

[3]黄瀚韬. 高精度大功率三轴飞行转台控制系统研究与设计[D].东华理工大学,2023.

[4]王坤宇,武建文,陈儒盎,夏尚文,赵伟. 航空电气系统接口电路设计与仿真研究[J]. 电器与能效管理技术,2023,(08):33-40.

[5]屈硕. 航空发电机综合测试系统研究[D].西京学院,2023.