军用飞机机载用电设备供电兼容性验证要求分析

刘 畅 王伟科

飞机供电特性标准既是飞机电气系统设计的一项重要标准，也是飞机供电系统与机载用电设备的接口标准，是研制、生产、采购、验收、使用、维护、修理过程中应执行的规范。由于不同年代的机型采标不一致，目前机载用电设备对GJB 181-1986《飞机供电特性及对用电设备的要求》、GJB 181A-2003《飞机供电特性》和GJB 181B-2012《飞机供电特性》的符合性验证存在较大差异。本文主要针对机载用电设备开展GJB 181不同版本标准符合性验证试验的要求予以说明。

1 我国军用飞机供电特性标准发展概述

上世纪80年代，我国军用飞机的供电系统主要为直流28V供电系统和恒速恒频交流供电系统，在MIL-STD-704A《飞机供电特性及对用电设备要求》标准的基础上，总结了国内航空电气系统领域的工作经验，并结合国内航空电气系统领域实际情况，制定了我国第一个关于飞机供电系统特性要求的标准GJB 181-1986，为我国飞机电气系统技术的发展起到了重要支撑作用。

随着飞机供电需求的提高，在高可靠性、高效率、高供电品质方面变速恒频、变频、270V高压直流供电系统表现出更好的特性，因而受到极大的重视。2002年，根据国内航空电气技术的发展需求，在总结GJB 181-1986贯彻实施30余年使用经验基础上，参照MIL-STD-704E《飞机供电特性》制定了GJB181A-2003。与GJB 181-1986相比，GJB 181A-2003调整了一些参数指标，且定义了一些新参数，对直流系统、恒速恒频交流系统以及交流变频系统等供电特性参数指标提出了统一完善的要求和明确规定，适应了飞机电源系统的时代发展，其中最重要的改变是采用畸变（包括交流畸变系数、交流畸变频谱）来考核供电品质。

2012年，针对宽变频和其它交流供电系统技术的发展，我国在总结GJB 181A-2003贯彻实施经验的基础上，参照MIL-STD-704F《飞机供电特性》制定了GJB 181B-2012。GJB 181B-2012中增加了交流单相220V/50Hz供电特性要求，以及一些新的术语和定义，如电流调制、功率因数、脉冲负载、非线性负载、频率变化率等。这些术语和定义在GJB 181B-2012以前的版本中是没有的，一些大功率的机载用电设备的负载特性，如高冲击电流、低滞后功率因数、高的峰值功率与平均功率之比、大电流调制幅值及电流畸变等，对供电系统会产生降低供电品质或增大容量要求的不利影响。

2 机载用电设备对供电电源的符合性试验开展情况

由于GJB 181不同版本标准既是飞机用电设备端供电特性要求标准，也是飞机供电系统与机载用电设备的接口标准。因此，GJB 181-1986在型号应用中关于标准符合性的验证，包括飞机供电特性和机载用电设备对供电电源的符合性两个方面。长期以来，由于标准名称问题和内容理解的问题，在机载产品研制要求中关于飞机供电特性测试和机载用电设备符合性试验在术语的使用上存在一些混淆，目前很多场合对于机载用电设备对供电电源的符合性试验称之为电源特性试验。关于这两种试验主要目的和要求如下。

飞机供电特性试验是对电源、配电、用电设备组成的电气系统，在用电设备电源输入端测量稳态和瞬态特性指标，以验证供电特性是否符合GJB 181系列标准或其他同类标准或型号规范的要求。国内为了更好地贯彻执行GJB 181系列标准，制定了GJB 5558-2006《飞机供电特性测试要求》和GJB 5189-2003《飞机供电特性参数测试方法》。这些标准规定了飞机供电参数的测试要求和方法，用于指导飞机电源系统、配电系统以及用电设备电源输入端供电特性与GJB 181系列版本要求的符合性验证。

机载用电设备对电源的符合性试验，准确地说应为供电系统与用电设备之间的兼容性试验，目前在最新版的GJB 181B-2012中正式提出了“供电兼容性试验”的概念，它包括两个方面：一方面是机载用电设备对飞机供电系统的适应能力，有时称之为电源适应性；另一方面是机载用电设备对供电系统的影响。对于机载用电设备对GJB 181系列标准符合性试验验证我国一直没有单独的试验要求与方法标准，在GJB 181-1986的中对浪涌、尖峰等相关试验提出了明确要求。另外，在GJB 5558-2006中第5.8节“用电设备和供电系统兼容性测试”中提出了电压和频率瞬变特性、用电设备对供电特性影响、畸变系数和功率因数等测试要求。然而，由于没有针对性的试验要求和方法标准，长期以来在型号中关于机载用电设备的符合性试验主要依据以上介绍的GJB 181-1986和GJB 5558-2006中的相关规定，因此符合性验证试验开展的试验项目参差不齐，机载用电设备的符合性试验在型号中主要开展的试验项目情况见表1。

由表1可知，长期以来国内机载用电设备的符合性试验主要关注的是机载用电设备对飞机供电系统稳态和瞬态特性的适应能力考核，考核的是产品的电源适应性。这与国内飞机电气系统行业发展过程中先期主要关注飞机供电系统的供电质量和用电设备对供电特性标准规定极限值的适应性，而对于如何验证用电设备对供电系统产生多大的负面影响，一直没有受到应有的关注。

表1 依据GJB 181-1986和GJB 181A-2003主要开展的试验项目

机载用电设备与供电系统关系相当密切，且用电设备的工作会直接影响供电系统的供电特性。由于机载用电设备负载的自身特性会对供电系统的供电质量产生一定的影响，为限制其影响，需要对负载自身特性给予足够的重视并对其进行限制，以保证各主要参考基准点处的供电品质。对于交流负载主要考虑三相交流负载的相位不平衡、直流电流分量、冲击电流特性、反射的能量、功率因数、电流调制特性、畸变特性等因素，而对于直流负载主要考虑直流电流脉动、冲击电流等因素。通过限制电流畸变和电流频谱极限，可减少用电设备引起的电压畸变，降低用电设备对飞机供电特性产生的不良影响。因此，对于机载用电设备对供电系统的影响是机载用电设备的符合性试验必不可少的一部分。针对这一点，在最新一版的GJB 181B-2012中重点对负载特性进行了相应的修订，对功率因数、电流调制、电流畸变以及冲击电流等负载特性提出了明确的技术要求，以便开展相应的试验验证工作。

目前，为更好的在机载用电设备上贯彻GJB 181B-2012，国内参照MIL-HDBK-704《机载用电设备对飞机供电特性的适应性验证试验方法指南》系列手册制定了机载用电设备的供电适应性验证要求和方法的HB 60326-2016《机载用电设备的供电适应性试验方法》，并于2016年发布。另外，某些在研型号参考MIL-HDBK-704系列手册制定了相应的型号规范，用于指导机载用电设备供电兼容性的验证，具体的验证项目和验证条件有所剪裁，如增加了“等效输入电容”、“电源线尖峰信号（时域）传导发射”等，但验证项目基本与HB 60326-2016和MIL-HDBK-704一致。

3 与国外相关标准的对比分析

国外军用和民用飞机机载用电设备与供电系统兼容性试验的技术发展历程与国内很相似，其比较典型的是用于军机的MIL-STD-704系列标准和用于民用飞机的RTCA DO-160《机载设备环境条件和试验程序》系列标准。

MIL-STD-704是国外较早公开发布的军用飞机供电特性标准之一，对协调美国军用飞机供电系统和机载用电设备之间的关系发挥了重要作用。经过几十年的发展，MIL-STD-704多次改版，目前最新版本是MIL-STD-704F。美军的机载用电设备符合性验证，也经历了从电源适应性到用电设备与供电系统兼容性试验的技术发展过程。为了更好地贯彻执行MIL-STD-704系列标准，美军于2004年制定了MILHDBK-704-1～8用电设备关于飞机供电特性符合性验证试验方法指南系列手册，用于指导各类用电设备对MIL-STD-704标准的符合性验证。在MIL-STD-704F标准关于机载用电设备符合性验证要求中首次引用了MILHDBK-704系列手册，该手册为MILSTD-704F供电特性标准在机载用电设备上的贯彻实施提供了有利的支持和保证。

DO-160系列标准是航空无线电委员会（RTCA）颁布的一份关于机载设备环境条件与试验程序的标准，目前被美国联邦航空局（FAA）用作民用飞机机载设备环境适应性适航取证试验的主要依据。DO-160版本更新较快，这也是为了适应航空产品技术发展的需要，最新版本为G版，其中第16章“电源输入”主要面向机载用电设备，标准定义了用电设备端的电源品质的主要指标，并提供了测试条件。DO-160系列版本变化中主要是D版本到E/F版本变化较大，而内容变化主要体现在16.7节的机载用电设备对飞机供电系统的影响试验。

MIL-HDBK-704系列手册和DO-160最新版本关于机载用电设备与供电系统兼容性试验项目基本类似。在机载用电设备对飞机供电系统的影响试验项方面，MIL-HDBK-704中在 “负载特性”项目中进行测量，DO-160G则在“用电设备对飞机供电系统的影响”一节中列出多个测试项目。对比发现DO-160G更全面，不仅要求了对供电品质影响的试验项如负载和电流畸变、相位不平衡和功率因数等参数，还要求了稳态工作时的直流电流分量、反射的能量、稳态工作时的电流调制、直流电流脉动等试验项。HB 60326-2016、MIL-HDBK-704系列手册中的试验项目与DO-160G中的试验项目比较，见表2。

表2 HB 60326-2016、MIL-HDBK-704和DO-160G试验项目的比较

4 总结

供电特性是用电设备与飞机供电相兼容的最低要求。为保证用电设备与飞机供电相兼容，用电设备应进行供电兼容性试验。目前我国在新制定的HB 60326-2016中，已考虑了机载用电设备对飞机供电系统的影响并明确了相关参数的限值要求。为了更好的适应国内飞机型号的发展需求，在型号贯彻使用GJB 181B-2012时，建议关注下列验证要求。

● 对于270V的直流机载用电设备，应对设备裸露外表面上的电压衰减到安全电压的时间进行限制，以保证人员安全；在电机制动和负载要求突然变化时，会产生返回流向电源的能力，应对反射的能量进行规定；

● 任何负载电流可调节的机载用电设备都可能产生交流电流调制，脉冲负载引起的较大电流调制是造成不可接受的电压调制或脉动的潜在原因之一，应对电流调制进行规定；

● 限制电流畸变和电流频谱极限，可减少用电设备引起的电压畸变，降低用电设备对飞机供电特性产生的不良影响，应对电流畸变进行规定。

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