多電飛機

多電飛機技術是將飛機的發電、配電和用電集成在一個統一的系統內，實行發電、配電和用電系統的統一規劃、統一管理和集中控制。多電飛機技術的核心是：“飛機系統化的研究理念和集成化的技術思想”。這一理念在航空電力系統平台頂層設計領域正引發一場深刻的變革。

基本介紹

• 中文名：多電飛機
• 外文名：More-Electric-Aircraft，MEA 

技術介紹

多電飛機技術是航空科技發展的一項全新技術，它改變了傳統的飛機設計理念，是飛機技術發展史的一次革命。在多電飛機技術中，電能成為飛機上惟一的二次能源，極大提高飛機的可靠性、可維護性以及地面支援能力。在民用飛機上，多電飛機技術得到了廣泛的套用，最具代表的為空客A380飛機和波音787型飛機。在軍用飛機上，最具代表的為F-35戰鬥機。

多電飛機技術的英文名稱是“More Electric Aircraft（MEA)”，多電飛機技術是將飛機的發電、配電和用電集成在一個統一的系統內，實行發電、配電和用電系統的統一規劃、統一管理和集中控制。多電飛機技術的核心是：“飛機系統化的研究理念和集成化的技術思想”。這一理念在航空電力系統平台頂層設計領域正引發一場深刻的變革。

多電飛機的標準體系雖然是在原飛機標準體系的基礎上發展起來，但與傳統的標準體系相比，有質的飛躍。多電飛機標準體系的特點突出表現在：將傳統的功能系統統一在綜合機電系統下，實現電氣系統、機械系統、液壓系統的統一管理。

誕生

多電飛機的概念早在20世紀70年代就已提出，當時稱為全電飛機。從20世紀40年代起，飛機上的二次能源，就採用液壓能、氣壓能和電能3種混合能源模式。由航空發動機驅動的液壓泵等構成的集中式液壓能源系統，主要用於飛機操縱舵面的驅動、傳動艙門和起落架、操縱發動機的噴口等。提取航空發動機的壓氣機壓縮後的高壓高溫空氣，主要用於防冰、除冰和作為飛機環境控制系統的原動力。飛機上的多種二次能源使飛機和發動機的結構複雜化，能源使用效率降低，可靠性和生命力降低。多電飛機就是用電能代替集中式的液壓能源和氣壓能源，使各種二次能源統一為點電能。21世紀初出現的3種多電飛機不同程度上達到了這個目的，成為第一代多電飛機。

技術發展階段

美國空軍從20世紀80年代中期開始就組織開展了對多電飛機技術的研究。該研究計畫涉及發電、配電、電力管理、電防冰、電剎車、電力作動和發動機等多個領域，研究主要從航空電力系統的概念出發，目的在於最佳化整個飛機的設計。

第一階段

第一代多電飛機技術計畫在1998年完成，目標在於大力改善電源系統的可靠性及提高電力系統的功率密度。該計畫設計在飛機發動機外安裝一個容量為150 KW的起動/發電機以及一個集成組合動力裝置（IPU），在IPU上再裝上一個150 KW組合式起動/發電機，該發電機既是輔助電源、應急電源又是正常工作的電源。

多電飛機的配電系統和負載自動管理系統由偌斯羅普/格魯門公司完成研究和最後試驗，它是一套具有多餘度、容錯供電、故障後重構功能的270 V高壓直流系統，包括3個通道即兩台發動機驅動兩台150 KW高壓直流發電系統，一個集成組合動力裝置( IPU)驅動一台150 KW高壓直流發電系統。而高壓直流電力系統則由兩個4 KVA的DC/AC變換器，兩個3KW的DC/DC變換器，一個負載管理中心和兩套蓄電池構成。

總體來說，第一代多電場機的主要目標是為了提高飛機的可靠性和維護性，加強地面保障能力以及維持較低的壽命周期費用。

第二階段

第二代多電飛機在非推進功率方面全部採用電能，取消了液壓泵、齒輪箱和附屬檔案傳動機匣。第二代多電飛機技術主要用於戰鬥機，它為戰鬥機提供了高功率密度的發電系統。該討劃在2005年己完成。第二代多電飛機技術電源系統的目標是：可靠性方面提高1400%一1900%，功率密度提高200%。它採用內裝式起動/發電機(IS/G)和一個高性能的IPU。飛機上單通道電源容量很大，一般都在200 KW以上。

第二代多電飛機的功率分配系統可以滿足270V高壓直流系統的要求，功率分配系統使用高功率密度的電子負載管理中心、變換器、電動機及其控制系統，開關使用固態開關。

第三階段

第三代多電技術完成計畫是在2012年，它要求發電功率達到數兆瓦，其發電系統仍由內裝式起動/發電系統和IPU組成。功率變換和分配系統主要採用具有更高能力的功率電子器件，如用碳化矽做的器件或其他新材料做的器件。

特點

最佳化飛機的總體結構

多電飛機技術採用電力驅動代替液壓、氣壓、機械系統和飛機的附屬檔案機匣，可節約飛機的有效空間，最佳化飛機的空間布局，不僅有利於飛機的總體設計，還能提高飛機的性能和系統可靠性，使之具有容錯和故障後重構的能力。

簡化飛機的動力系統結構

多電飛機的二次能源只有電能，使得整個動力系統設計大為簡化，飛機結構變得簡單，重量較輕，可靠性提高不少，可維修性較好，生存能力較強，使用費用也較低，地面支援設備較少，飛機上接口也簡單。

改善飛機發動機的性能

由於多電飛機取消了發動機的放氣，採用了閉式循環系統，發動機的效率和性能得到了相應地提高。

減輕飛機的能源浪費，提高了效率

多電技術意味著可以根據用電需求控制運轉發電機的燃油消耗，有利於減輕能源的浪費。

保證未來飛機高能武器的使用

無論是民用飛機還是軍用飛機，系統的用電量需求在目前和可預見的未來都將呈幾何級數增長，採用多電飛機技術可以有效滿足飛機系統對電力的渴求。

典型多電飛機

空客A380

A380飛機是一個典型的多電商用飛機，它完全按多電飛機電力系統來設計，總的發電功率是910 KVA。其中，由發動機驅動4台150 KVA的變頻交流發電系統，發電容量共600 KVA，頻率在360 Hz~800 Hz之間；由輔助動力裝置(APU)驅動兩台120 KVA恆速發電機，發電容量共240 KVA；一個空氣充壓渦輪系統驅動一個70 KVA發電系統。

空客A380

A380飛機採用固態配電技術，對飛機的電力系統進行了最佳化設計，次配電和二次配電系統均採用集中控制，飛機可靠性大為提高，飛機重量大大減輕，飛機性能更加優越。

A380飛機大部分的作動裝置採用電力作動，使飛機的設計更為簡單，地面保障設備減少，飛機性能大為提高。

波音787

波音787是一個典型的多電商用飛機，它與A380飛機相比，更接近全電飛機，它完全按多電飛機來設計，總發電功率是1400 KVA。其中，兩台發動機各驅動兩台250 KVA變頻交流起動/發電系統，發電容量為1 000 KVA，頻率在360 Hz~800 Hz之間；由輔助動力裝置（APU)驅動兩台225 KVA變速交流起動/發電系統，發電容量共450 KVA，頻率在360 Hz-v800 Hz之間；一個空氣充壓渦輪系統驅動一個50 KVA交流發電系統。

波音787

F-35戰鬥機

F-35戰鬥機是一個典型多電戰鬥機，技術更加先進，能攜帶更大的高能武器。它完全按多電飛機來設計，總的發電功率是250 KWA。

F-35戰鬥機

F-35戰鬥機採用固態配電技術，對飛機的電力系統進行了最佳化設計，一次配電和二次配電系統採用集中控制，飛機可靠性人為提高，飛機重量大大減輕，飛機性能更為優越，F-35戰鬥機成為典型的第二代多電飛機。

F-35的綜合機載機電系統主要包括熱/能量管理系統(T/EMM )、起動/發電系統和電靜液作動器系統(EHA)，並由飛機管理系統控制，從而使機載機電系統在布局、能量利用和控制信息共享上實現了最最佳化，該飛機接近於全電飛機。