科普：你听说过多电飞机吗？

　　在竞争激烈的航空市场中，航空公司希望降低每座/公里的成本以提升航空公司的利润空间。同时，随着环境污染问题的严重，对飞机排放提出了更高的要求。由此，对飞机制造商提出了新的要求：更低的直接运营成本，更加绿色环保。

　　为了实现燃油消耗和维护成本降低，需从飞机的总体考虑来优化各子系统的性能，多电技术正是从这一角度出发，为优化整个飞机能源系统方案而提出的。

　　什么是多电飞机

　　多电/全电飞机就是以电力作为飞机的主要二次能源，逐渐或全部取代传统飞机系统中的液压能和气能，提高能量的综合利用效率，有效减少飞机的排放量，降低其对环境的影响。电能相较于液压能和气能，更容易实现能量传输与管理的自动化、智能化和集中化，更容易实现飞机二次能源架构的优化。飞机二次能源的优化直接降低了对发动机的功率提取，进而有效减少飞机的燃油消耗。由此可知，多电/全电飞机是未来环保型飞机的必然选择。

　　其中，电启动技术、电环控系统、电热防除冰技术、电作动技术是多电技术中的重要技术组成。

　　由于取消了辅助动力装置（APU）引气，取消了APU到主发电机的引气管路，可以采用变频起动/发电机，将起动、发电功能集成为一体，减轻了系统的重量，提高了能源利用效率。在发动机关机时，APU或外界电源通过起动/发电机控制器驱动起动/发电机（工作于起动模式），为发动机提供起动所需的机械转矩。当发动机点火后，发动机通过机械转轴带动起动/发电机转动，当起动/发电机转速达到一定值时，起动/发电机从起动模式转变为发电模式，变成发电机向全机用电负载提供电能。

　　在飞机多电化的过程中，使用电动气源取代了从发动机中高压引气的传统气源，提高了发动机推力利用效率。采用电动机驱动空气压缩机进行引气，称之为电环控系统。由于该系统中取消了发动机引气及其相关部件，使得系统布置具有更大的灵活性和更强的适应能力，同时降低了对发动机热力循环的影响，减少了燃油代偿损失，提高了燃油的消耗效率。

　　在传统飞机能源架构下，环控系统和防/除冰系统均从发动机引气获取能量。由于取消了发动机引气也使防/除冰系统无法获得需要的高温高压气体，因此传统的热引气防冰系统被电热防/除冰系统替代。电热防/除冰系统只需在机翼前缘敷设电热膜，结构简单，维护方便，控制容易，可根据机翼结冰情况控制发热量，能量利用效率高。

　　电作动技术是采用功率电传作动技术替代传统的液压伺服作动技术，如电静液作动器（EHA）、电备份液压作动器（EBHA）和机电作动器（EMA）。与液压作动相比，电作动技术具有以下优势：功率传输方便、重量大大减轻、安全可靠无污染、易于进行故障诊断和健康管理、系统余度增加、可维护性高等。

　　多电技术是当前飞机发展的主要方向之一，是实现飞机更高安全性、经济性、环保性的重要手段。在传统飞机的二级能源系统中，有超过70%的能量通过气能和液压能的形式进行传递，能量在传递过程中损耗很大，利用效率低，且输气管路和液压管路在机内的布置也极大地增加了机体结构设计的难度和复杂度。针对这些问题而提出的功率线传（Power by Wire，PBW），即把所需能量通过电缆进行传输，这是多电飞机的核心思想之一。

　　PBW不但可以大大降低能量在传输过程中的损耗，而且可以做到能量按需供应和能量的综合管理，大大提高能量的综合利用效率。而且柔性电缆在机内的布置相较于输气管路和液压管路来说要方便和容易的多，会给结构设计带来诸多便利。

　　多电技术是通过对能源系统集成化设计思想实现的对飞机能源的优化，采用了先进的能量管理理念，使用电能逐步替代传统的液压能、气压能和机械能，使能量的产生、分配和消耗效率更高，节省飞机直接运营成本，提高了系统的维护性。

　　目前美国在研的多电INVENT计划，提出了能量优化飞机（EOA）的概念。主要涉及综合飞行器能量技术、小型/微型无人机系统的功率和热管理技术、综合推进、功率和热管理系统技术以及直升机平台多电/混合动力平台适应性技术，分为三个阶段。

　　2007年至2010年为第一阶段。研发近期技术，其目标是将亚音速攻击以及持续的情报、监视与侦察所需的油耗降低10%，将地面维持时间提高1倍，低空飞行时间提高至原来的4倍，将动力与热管理任务能力提高15%-20%。

　　2010年至2016年为第二阶段。研发中期技术，其目标是通过系统综合将航程/续航时间提高50%，功率和制冷容量提高5倍，按需供给，无热约束等。第二阶段工作于2010年启动，其主旨是面向第6代能量优化飞机的综合飞行器能量技术开发，目前各项研究正在进行。第二阶段工作将分三步完成。第一步考虑子系统与飞行器需求的综合并进行概念设计开发；第二步考虑开发通用子系统、飞行器系统和发动机系统，用于综合地面演示；第三步关注硬件的综合地面演示并验证模型和演示对全机的效益。

　　2016年至2020年为第三阶段。研发远期技术，主要面向高超声速平台、超声速远程攻击系统等。研究高马赫数下的动力与热管理，将功率与制冷容量提高10倍以用于高负载循环定向能武器，以及长时间情报、监视与侦察任务。

　　美国在多电技术预先研究方面主要侧重于多电发动机、电气系统和飞机综合热管理等领域。在多电技术应用方面超前于欧洲，波音B787上采用了大容量起动发电系统，采用了分布式固态配电技术，使配电网的更加智能化。此外波音787飞机还采用了电动环控、电热除冰和电作动技术。

    私人飞机网 www.sirenji.com
    本文链接地址：科普：你听说过多电飞机吗？