随着經濟全球化的發展，國人的腳步邁得越來越遠也越來越廣。長途旅行過程中，飛機是目前大多數人的首選。飛機在飛行過程中，巡航高度通常在8000到10000米之間。在萬米高空中，當你乘坐在機艙中，開着閱讀燈，用着機載娛樂系統，享受機上的餐飲，看着窗外翼尖一閃一閃的燈光，有沒有想過，所有這些設備是如何運轉的呢？答案就是電。一架飛機的正常運轉，就像現代社會生活一樣，是萬萬不可能離開電能的。在飛機上，除了各種照明設備用電以外，還有很多看不見的設備也在用着電，其數量甚至可達上萬件。比如為你的美食進行加熱的廚房烤箱、駕駛艙中的儀表、機身罩住的飛機的眼睛——雷達等等。這些設備對電的穩定性要求極高。萬米高空中，飛機上的電是誰來提供？不同用電設備的紛繁複雜的用電需求又是如何滿足的呢？

飛機上的四大供電系統

飛機上的電到底是怎麼來的？答案是顯而易見的，飛機上自身就裝有發電設備，它不僅重量輕、功率大而且對發出的電的品質要求還非常高。更重要的是，飛機飛行過程中是不能停電的。為了避免飛機飛行過程中突然停電，飛機的供電系統是多餘度的。目前，民航客機的供電系統通常有四個餘度來滿足飛機供電需求。

第一個餘度為主發電機。飛機機翼下方通常可以看到兩個圓筒型的裝置，大家都知道那是飛機的發動機。飛機能夠在天空中翺翔就是依靠發動機。拆開發動機外邊的防護罩後，會看到發動機機身遍布密密麻麻的管線，在這些管線中就有我們最為關注的主發電機。民航客機中，一台發動機通常帶着一台發電機，比如B737和A320等，而一些超大型民航客機的用電需求是非常巨大的，這就需要更大功率的發電機發出更多的電能，因此通常采用一台發動機帶兩台發電機的方式。多台發電機之間互為冗餘，當檢測到一台發電機出現故障時，會自動将該發電機關停，由另外可以正常工作的發電機繼續為飛機提供電能。

第二個餘度為輔助動力發電機（ASG）。除了主發電機外，在飛機的尾部通常還裝有一個小型的發電機，它是由飛機的輔助動力裝置（APU）帶動的。當飛機的主發電機出現故障時，輔助動力發電機就要接替主發電機，負責為飛機提供電能。

第三個餘度為沖壓空氣渦輪（RAT）發電機。當主發電機和APU發電機均出現故障時，這時飛機就處于非常危險的狀态。此時，飛行員需要根據飛機的飛行速度和高度及時按下RAT釋放按鈕，RAT釋放出以後就像風筝一樣在氣流的驅動下旋轉，帶動内部的發電機及其它設備為飛機提供備用電能及液壓能等，保證飛機的安全飛行。

第四個餘度為蓄電池。乘客乘坐飛機時，都要進行嚴格的安檢，特别是針對乘客随身攜帶的電池（充電寶）更要進行安檢，确認其容量大小符合民航管理規定。乘客攜帶的電池是為了在手機沒電時給手機充電用的，那飛機上蓄電池也是同樣的道理。在主發電機及輔助動力發電機都出現故障，而RAT尚未釋放，無法提供電能時，飛機就面臨停電的風險。這是就需要靠蓄電池臨危受命，為飛機重要的設備，特别是駕駛艙中的關鍵儀表設備供電，避免飛機失去控制。随着技術的發展，飛機蓄電池的技術也在不斷進步。目前，大部分民航客機使用的蓄電池為傳統的鎳镉蓄電池。經過多年的使用，其安全性也得到了驗證。但是随着多電飛機的發展，鎳镉蓄電池無論從重量還是容量上，都存在一定的不足，因此B787飛機中使用了新型的锂離子蓄電池。在提供同樣的電能時，锂離子蓄電池相比鎳镉蓄電池的重量更輕，體積更小，是未來飛機蓄電池的應用方向。

如何滿足不同用電設備的用電需求？

大家都知道家裡用的電是從發電站發出來，經過國家電網的輸送，最終将電從很遠的水力發電站或者火力發電站輸送到千家萬戶。飛機的電也是如此。通常而言，飛機發電機發出來的電是恒頻交流電（115VAC/400Hz），但是飛機上的各個設備用電時，需要的則不一定是直接從發電機發出來的電。就如同小區周圍通常會有一個變壓器，将電轉換成家用電器可以使用的電一樣。飛機上也是存在各種各樣的電能轉換設備的。這些電能轉換設備都是以配電盤箱的方式安裝在飛機機身内部的。

以波音787為例，電能轉換裝置通常分為三種：第一種是自耦變壓整流器，将發電機發出的交流電轉換為直流電，同時對電壓進行變換，滿足高壓直流用電設備的用電需求，這種設備的功率通常是比較大的。第二種是自耦變壓器，對發電機發出的電進行調壓，滿足不同電壓體制交流用電設備的用電需求。第三種是變壓整流器，将發電機發出的交流電轉換為直流電，同時對電壓進行變換，滿足低壓直流用電設備的用電需求，這種設備的功率一般不大，但數量是最多的，駕駛艙中各種儀表面闆所用的電絕大多數是從該設備獲取的。

國外技術上較為先進的兩款飛機分别為空客公司的A380和波音公司的B787，這兩款飛機作為“多電飛機”概念的探索和踐行，代表了未來飛機的發展方向，簡要介紹這兩款飛機的供電機制，從而對國外先進機型的供電有個大概的了解。

A380作為第一代多電飛機，率先在大型客機上組合液壓作動器、電液作動器（EHA）和電備份液壓作動器（EBHA）與分散式電液能源系統等新型電液技術。A380也是多年來第一款利用變頻電源的大型民用客機，其總發電功率是910kVA。其中，4台發動機分别驅動4台150kVA的變頻交流發電系統，發電容量共600kVA，頻率在380-760Hz之間；由APU驅動兩台120kVA的恒速發電機，發電容量共240kVA；一個空氣充壓輪系統（RAT）驅動一個70kVA的發電系統。

此外，空客公司的A350與A380相比，基本上沿用了A380探索得到的技術。它們采用了230VAC變頻交流作為主發電系統。電源系統的主發電系統包括有4個230/400V變頻交流發電機，由 Hamilton Sundstrand提供，頻率範圍都在360-800Hz之間，每台發電機的發電容量都為100kVA。而APU則使用了起動發電技術，發電容量為150kVA，電源系統總發電容量為550kVA。

而波音787電源系統有4台變頻交流起動/發電機（VFSG）、2台APU輔助動力起動/發電機（ASG）和1個沖壓空氣渦輪（RAT）發電機。波音787飛機每台發動機驅動2台變頻交流起動/發電機（VFSG L1、VFSG L2、VFSG R1、VFSG R2），每台發電機的額定容量為250kVA，輸出三相電壓為235V、頻率為360-800Hz的變頻交流電。4台主發電機結構、性能相同，可以互換。波音787飛機有兩台APU發電機（ASG L和ASG R），每台APU發電機的額定容量為225kVA，輸出三相電壓為235V、頻率為360-440Hz的變頻交流電，APU發電機與VFSG發電機不能互換使用。波音787飛機的應急電源為RAT驅動的交流發電機，能夠為飛機提供額定容量為10kW、電壓為230V的三相變頻交流電。

中國商飛北研中心目前針對飛機的供電、配電及用電等領域開展了廣泛深入的研究，建立了多電航電綜合實驗室。該實驗室建築面積13019平方米，可以模拟300座級雙通道的寬體客機在地面的布局，是國際先進、國内領先的飛機系統綜合集成實驗室。多電航電綜合實驗室以未來民機多電技術發展需求為指引，以掌握、發展突破多電技術為核心，以引領、攻克、測試、驗證、評估飛機多電系統相關技術為目标，具備多電技術研發、測試、集成和驗證能力。目前，實驗室已經完成基礎建設，所有設備基本具備交付狀态，部分設備已進入實驗室進行安裝調試，預計2018年底，大部分設備可以完成集成測試，生動形象地對外展示飛機供電是如何實現的。

實驗室完全建成後，北研中心将在飛機系統研究方面具備如下能力：1-2MW多電體系架構定義與評估，覆蓋，滿足多種機型供電需求；多電/全電系統集成驗證；起動發電、高功率配電、電環控、電除冰、電刹車等多電關鍵技術的研究測試和驗證；多電/全電系統綜合控制技術研究與驗證；多電/全電系統綜合熱管理技術研究與驗證以及多電/全電系統關鍵元部件定義、試驗與評估。

所有這些能力的提升，目的都是為了向飛機供電提供更先進更可靠的電能，首先保證飛機飛行的安全性，同時不斷提高旅客飛行過程中的舒适性，讓中國人自己的大飛機受到更多乘客的喜愛。

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