機載機電系統

飛行器上執行飛行保障各項功能的系統的總稱。不同的飛行器按照其功能和需求將裝備不同的機電系統。就飛機而言，典型的機電系統包括電源、燃油、液壓、第二動力、機輪剎車、環境控制和生命保障系統。正是這些系統才保證和支持了航空電子、飛行控制、環境控制和火控系統的正常運行和乘員安全。機電系統技術水平的高低直接影響到飛行器的整體性能。隨著數位技術、信息技術和計算機技術的迅猛發展，機電系統在對機體、動力裝置和各系統的功能、能量及控制等方面進行了設計和管理的綜合化。美國的F-22和F-35飛機的機電系統綜合化程度已得到了一定的發展。大型客機波音787和空客A380也採用了多項多電飛機技術和功率最佳化飛機計畫的研究成果，在改善飛行品質，提高飛行性能、安全性、舒適性、可靠性和維修性的同時，也降低了燃油消耗和維修成本。

基本介紹

• 中文名：機載機電系統
• 外文名：airborne utilities systems
• 所屬領域：航空
• 組成：電源、第二動力等
• 定義：執行飛行保障各項功能的系統
• 發展趨勢：綜合化

概念與組成

不同的飛行器將根據其需求而裝備不同的機電系統。典型戰鬥機的機電系統包括電源、第二動力、液壓、燃油、環境控制、機輪剎車、彈射救生和生命保障等系統，大型運輸機的機電系統包括電源、第二動力、液壓、燃油、環境控制、機輪剎車、防護救生、空降空投、貨物運輸和生活設施等系統；民用飛機機電系統包括電源、第二動力、液壓、燃油、環境控制、防護救生、機輪剎車和生活設施等系統。

電源系統

飛機電源系統分為發電系統和配電系統兩部分。電源系統的作用是保證可靠地向用電設備，尤其是與飛行安全直接相關的關鍵設備提供符合要求的電能。

①發電系統

發電系統由主電源、二次電源、輔助電源和應急電源組成。

主電源由機載發電機和電源控制保護裝置組成，發電機由發動機帶動發電，直接或間接地向飛機上所有用電設備供電。飛機上大部分用電設備是由主電源直接供電的，少數用電設備通過二次電源間接供電。

二次電源是將主電源的部分電能轉換成另一種電壓、電流或頻率的電能。在直流電源系統中主要有變流機、變流器、直流升壓機和直流變壓器。在交流電源系統中主要有變壓器、變壓整流器和變頻器等。

輔助電源在地面用於維護飛機電氣設備和起動飛機發動機，或在飛行期間用於彌補主電源的不足。直流電源系統採用蓄電池作為輔助電源，交流電源系統採用輔助動力裝置等驅動的發電機作為輔助電源。

應急電源是一個獨立的電源。當飛機主電源在飛行過程中發生故障時，應急電源向飛機上的重要設備供電，保證飛機安全返航。應急電源由蓄電池或應急發電機組成。蓄電池是一種化學電源，它是一種既能將化學能轉化成電能，又能反過來將電能轉化成化學能的裝置。飛機上使用的蓄電池有酸性鉛蓄電池、鹼性鋅銀蓄電池和鹼性鎘鎳蓄電池三種。

②配電系統

飛機配電系統系指從發電機主接觸器到負載匯流條、二次電源到負載匯流條、應急和備份電源到負載匯流條之間的電能傳輸系統，用於將電能傳送到用電設備，實現電能的傳輸與分配。配電系統由饋電電纜、匯流條、配電板以及配電器件組成，保證對飛機各部分可靠地輸配電能，管理各類電氣負載並保護用電設備。

第二動力系統

在飛機上加裝一套或幾套獨立於主發動機的動力系統，提供氣、電、液及軸功率，以滿足發動機起動、應急能源或其他輔助能源的不同需要，這類動力系統統稱為第二動力系統。一般來說，第二動力系統是一種小型的渦輪發動機。輔助動力裝置(APU)、應急動力裝置(EPU)、綜合動力裝置(IPU/AEPU)和超級組合動力裝置(SIPU)等均屬於第二動力系統的範疇。

第二動力系統的主要作用是：①滿足發動機起動快、功率增大的需要；②滿足飛機電源系統、空調系統等對能源的更多需要；③提高先進作戰飛機的自足能力(不依賴地面支援設備完成地面維護、主發動機起動以及在較長時間內提供輔助功率的能力)；④在地面發動機不工作時向飛機供電、向空調等系統提供能源，完成飛機地面維護檢測等任務，⑤先進作戰飛機的電傳操縱和主動控制技術，要求在所有飛行條件下不間斷地向飛行控制系統提供電能和液壓能源，第二動力系統能夠使飛機在主液壓系統和(或)主供電系統失效後幾秒鐘內立即提供應急液壓動力和(或)應急電力；⑥先進第二動力系統改善了發動機空中再起動性能(擴大空中起動包線、縮短起動時間)，保證作戰飛機的飛行安全，提高生存能力；⑦最佳化發電機、液壓泵等機載設備的布局。滿足飛機的系統綜合化要求。

液壓系統

液壓系統是以油液為工作介質，靠油壓驅動執行機構完成特定操縱動作的整套裝置。由液壓能源裝置把驅動機構的機械能變換為液壓動力，並通過油液和液壓管路把液壓動力輸送到執行作動裝置，再把液壓動力變換為機械能，以達到作動負載的目的。現代飛機上大多裝有兩套(或多套)相互獨立的液壓系統，稱為公用液壓系統(或主液壓系統)和助力液壓系統。公用液壓系統用於起落架、襟翼和減速板、前輪轉彎操縱、機輪剎車、驅動風擋雨刷和燃油泵的液壓馬達；同時還用於驅動部分副翼、升降舵(或全動平尾)和方向舵的助力器。助力液壓系統僅用於驅動飛行操縱系統的助力器和阻尼舵機。

液壓系統由液壓能源裝置、控制裝置、執行作動裝置以及包括液壓油箱、液壓管路、蓄壓器和油濾在內的裝置組成。其中，液壓能源裝置主要包括作為主液壓泵的發動機驅動泵、作為應急泵的電動泵和風動泵以及為備份泵提供輔助功率的輔助動力裝置驅動泵，控制裝置主要包括各種閥、油路斷路器、液壓保險器、流量調節器、自動壓力調節器和系統低壓告警器等，執行作動裝置主要包括液壓馬達、液壓作動器、組合式泵、馬達伺服裝置以及助力器和舵機等。

燃油系統

燃油系統是飛機上用於儲存燃油，並在一切飛行狀態和發動機工作條件下，按要求的壓力和流量連續可靠地向發動機和輔助動力裝置供給燃油的整套裝置。燃油系統還具有冷卻其他系統的工作介質(如滑油、液壓油)以及保持重心位置等作用。燃油系統主要包括燃油管理系統、加/放油系統、供/輸油系統和油箱等。

燃油測量是飛機燃油系統的一個重要組成部分，測量精度、可靠性和維修性對飛機的整體性能有著重要的影響。對戰鬥機而言，提高測量精度可以大大增加其有效載荷、航程和作戰半徑；而對民用飛機而言，可以大大改善經濟性。

燃油管理系統具有供輸油管理、壓力加油管理、感測器信號處理、故障管理及系統數據管理等功能。國外從20世紀70年代初開始燃油管理系統技術的研究工作，首先從油量測量系統的數位化開始，然後在系統的各個控制與執行單元上實現數位化，並在此基礎上開始燃油系統的智慧型化管理技術研究。

空中加油系統

空中加油系統是指在飛行中加油機給受油機補充燃油的系統，是提高軍用飛機作戰能力的重要裝備。空中加油大大增加了飛機的航程和作戰半徑，增加了載彈量，延長了留空時間，對於提高飛機作戰效能非常重要。

空中加油主要採用伸縮桿式和插頭錐套式兩種方式。

伸縮桿式設備又稱硬管加油系統，安裝在加油機的機身內。加油機尾部裝有可伸縮的半剛性加油桿，在管頭油嘴處對稱地裝有兩個V形舵面，用來控制加油桿的位置。加油過程是由在加油機尾部操縱艙內的加油員進行指揮和操縱的。優點是輸油速度快，穩定性好；缺點是需要專職加油員和加油操作艙，加油機與受油機配合難度大，而且每次只能給一架飛機加油。這種設備在美國空軍的KC-135、KC-10A和KC-707加油機上使用。

環境控制系統

飛機環境控制系統的作用是保證飛機座艙內空氣的壓力、溫度、濕度、潔淨度及氣流速度等參數適合人體生理要求，為機上電子設備提供正常工作環境。飛機環境控制系統由引氣分系統、加溫和製冷分系統、空氣分配分系統、調節控制分系統和顯示設備組成。引氣分系統是保證座艙增壓和通風的供氣源；加溫和製冷分系統保證艙內加溫和製冷，以使艙內溫度獲得良好的調節；空氣分配分系統保證經過調溫的通風空氣均勻地輸入和分布於座艙內；調節控制分系統進行艙內壓力調節、溫度調節、濕度調節以及供氣調節等，顯示設備是用以顯示各種壓力、溫度、流量。

發展

在役飛機的機電系統都是各自獨立發展的，從而導致整個機電系統的重量非常重、採購和保障費用高、維修性差、能量管理水平低，使機電系統成為飛機上“攤子”最大、最雜亂的系統。唯一的解決辦法是廢棄傳統機電系統的設計理念和結構，採用系統綜合化技術，使不同的系統共用一些部件或者合併一些系統的功能。

在對機體、發動機和各系統的技術發展趨勢進行研究和分析的基礎上，從功能、能量、控制和物理四個方面來實現機載機電系統的綜合化。一般分兩個步驟實施，第一是進行公共設備管理系統綜合，它是在基本不改變傳統機電系統結構的基礎上，對各機電子系統進行控制和熱能綜合管理，實現控制和能量方面的綜合，第二是開展多電飛機技術研究，此項研究工作是繼公共設備管理系統之後對機電系統的進一步綜合，它打破了傳統機電系統各自獨立的格局，是一種全新的設計理念，用電力系統取代飛機上使用的液壓、氣壓和機械系統，以達到在功能、能量、控制和物理四個方面實現全工作面綜合的目的。迄今，已實現了控制方面的綜合，能量和功能方面的綜合也取得了相當的進展，成果已用於F-22飛機。隨著技術的進步，F-35機電系統綜合化的程度在F一22的基礎上得到了進一步發展，功能、能量、控制和物理方面的全綜合已起步，多項多電飛機技術得到了套用。最新研製的波音787和A380大型客機也採用了多項多電飛機技術和功率最佳化飛機計畫的研究成果，在提高安全性、經濟性和可靠性的同時，降低了燃油消耗和維護成本。

作用

機載機電系統是保障飛機各項功能發揮的必要條件和基礎條件，也是飛機上“攤子”最大、內容最雜的一個領域。機電系統技術水平的高低直接影響到飛機的整體性能，同時對飛機的可靠性、經濟性、安全性產生重要影響。

機電系統對飛機性能有重要影響。電源系統為飛機的所有用電系統提供電能，保證各種用電設備的正常運行，第二動力系統用於滿足飛機對發動機起動，空中應急，電、液或其他輔助能源的不同需要；液壓系統提供液壓能源，保證起落架的收放和各種操縱功能的實現；燃油系統的功能是儲存燃油，保證飛機飛行時向發動機連續不斷地供油，環境控制系統是保障飛行員和旅客安全舒適並為機上電子設備提供正常的工作環境；機輪剎車系統保證起飛滑行和安全降落。

機電系統技術水平的高低直接影響到飛機的整體性能。美國為軍機實施的多電飛機計畫和歐盟為民機實施的功率最佳化飛機計畫，都是針對機載機電系統的，旨在提高飛機各項性能的同時，大大降低系統的重量、體積以及製造、使用和維護成本。