ICS 49.060 V 40
HB/Z 404-2013
民用飞机电气安装设计指南
Design guidance for civil aircraft electrical installations
2013-04-25 发布 2013-09-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本指导性技术文件编制所依据的起草规则是 GB/T 1. 1-2009《标准化工作导则第 1 部分:标准的结构和编写》。
本指导性技术文件由中国航空综合技术研究所归口。
本指导性技术文件起草单位:中航工业第一飞机设计研究院、中国航空综合技术研究所。
本指导性技术文件主要起草人:冯愚、周珺、王宏霞、邓健、田玉斌。
民用飞机电气安装设计指南
1 范围
本指导性技术文件规定了民用飞机电气安装设计的一般要求,以及电路设计和保护、接地和搭接、电线选择和敷设、电气设备的维护、运行检查、防腐蚀、负载分配、系统试验、应急控制和程序等与电气安装相关各方面的技术要求。
本指导性技术文件适用于民用飞机电气安装设计。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
HB 5795 航空导线载流量
HB 6167(所有部分) 民用飞机机载设备环境条件和试验方法
HB 6547 民用航空器静止变流器最低性能要求
HB 7282 民用航空器动力装置火警探测系统(热敏和火焰接触型)最低性能要求
HB 7284 民用航空器发动机驱动的直流发电机和起动发电机及发电机控制器最低性能要求
HB 7745 飞机电气系统特性
HB/Z 403-2013 电气过流保护器件的选择和应用指南
CCAR-25 中国民用航空规章第 25 部:运输类飞机适航标准
ASTM D 3032 布线用电线绝缘的标准试验方法(Standard test methods for hookup wire insulation)
IEEE 135 飞机、导弹和航天设备绝缘试验推荐实践(Recommended practice for aircraft, Missile and space equipment electrical insulation tests)
IEEE 816 用于电线电缆绝缘与涂层的固体材料产生烟雾的判定指南(Guide for determining the smoke generation of solid materials used for insulations and coverings of electrical wire and cable)
SAE AIR1263 镀镍高温电线用非焊接型镀锡端子与接头(Tin plated solderless terminal lugs and splices on nickel coated high temperature wire)
SAE AIR1329 电连接器和布线兼容性(Electrical Connectors and Wiring, Compatibility of)
SAE AIR1350 单孔固定圆柱形电连接器的安装与固定程序(Procedure for installation and mounting of singlehole mount, cylindrical, electrical connectors)
SAE AIR1557 扩展的高振动环境(High and extended vibration environment)
SAE ARP1870 为保证航空器系统电磁兼容性和安全性的电气搭接和接地(Aerospace Systems Electrical Bonding and Grounding for Electromagnetic Compatibility and Safety)
SAE ARP1928 电气布线装置与接线板、接线盒、螺钉、接线柱等连接的推荐扭矩(Torque recommendations for attaching electrical wiring devices to terminal boards or blocks, studs, posts, etc.)
SAEARP4043 飞机飞行线路接地和搭接(Flight Line Grounding and Bonding of Aircraft)
SAE AS4851 绝缘电线热寿命与温度索引(Relative thermal life and temperature index for insulated electric wire)
SAE AS5363 机电功率控制器/继电器通用规范(Electromechanical power controller/relay, general
specification for)
SAE AS8011 交流发电机及其调压器的最低性能标准(Minimum performance standards for A-C generators and associated regulators)
SAE AS50881 航空器布线(Wiring aerospace vehicle)
3 术语和定义
HB/Z 403-2013 和 SAE AS50881 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
应急电路 emergency circuits
一旦发生故障可能会导致飞机飞行失控和影响飞机安全着陆的重要电路。
3.2
重要电路 essential circuit
飞机在最不利环境条件下完成飞行任务所必需的电路。
3.3
故障-安全电路 fail-safe circuit
发生任何可能的故障都不会对飞机的安全运行和乘客安全造成不利影响的电路。
3.4
电流回路 current return path
电气设备供电电路的一部分,位于电气设备与飞机结构之间。
注:该通路可包括电线、搭接、过渡结构件,以及构成“地”的飞机基本结构部分。
3.5
耐尘 dustproof
使积累的灰尘不会干扰设备正常工作的结构或防护设计。
3.6
耐火电气设备 fire-resistant electric equipment
表面至少应能承受 1 100℃氧化火焰烧灼 5min,而不损害其电路功能的飞机电气设备。
3.7
阻燃 flame-resistant
在消除了起火源之后,不会使燃烧蔓延到安全界限以外区域的材料特性。
4 一般要求
4.1 功能和安装
所安装的设备应符合下列要求:
a) 其种类和设计与预定功能相符;
b) 用标牌标明其名称、功能或使用限制,或这些要素的适用的组合;
c) 按对该设备规定的限制进行安装;
d) 安装后设备功能正常。
电气线路互联系统(EWIS)应符合 CCAR-25H 分部的要求。
注:本节要求与 CCAR-25 第 25. 1301 条规定一致。
4.2 设备、系统及安装
设备、系统及安装要求如下:
a) 凡适航标准对其功能有要求的设备、系统及安装, 其设计应保证在各种预期的运行条件下能完成预定功能。
b) 飞机系统与有关部件的设计,在单独考虑以及与其他系统一同考虑的情况下,应符合下列规定:
1) 发生任何妨碍飞机继续安全飞行与着陆的失效状态的概率极不可能;
2) 发生任何降低飞机能力或机组处理不利运行条件能力的其他失效状态的概率不大可能。
c) 应提供警告信息,向机组指出系统的不安全工作情况并能使机组采取适当的纠正动作。系统、控制器件和有关的监控与警告装置的设计应尽量减少可能增加危险的机组失误。
d) 应通过分析,必要时通过适当的地面、飞行或模拟器试验,来表明符合本条 b)的规定。分析应考虑下列情况:
1) 可能的失效模式,包括外界原因造成的故障和损坏;
2) 多重失效和失效未被检测出的概率;
3) 在各个飞行阶段和各种运行条件下,对飞机和乘员造成的后果;
4) 对机组的警告信号,所需的纠正动作,以及对故障的检测能力。
e) 在表明电气系统和设备的设计与安装符合本条 a)和 b)的规定时,应考虑临界的环境条件。民用航空规章规定具备的或要求使用的发电、配电和用电设备, 在预期的环境条件下能否连续安全使用,可由环境试验、设计分析或参考其他飞机已有的类似使用经验来表明, 但适航当局认可的技术标准中含有环境试验程序的设备除外。
f) 应按照 CCAR-25 第 25. 1709 条的要求对电气线路互联系统(EWIS)进行评估。
注:本节要求与 CCAR-25 第 25. 1309 条规定一致。
4.3 电气设备及安装
4.3.1 概述
电气设备和控制装置的安装,应使任何一个部件或部件系统的工作不会对同时工作的、对安全运行起主要作用的其他系统和部件产生不利影响。飞机上任何可能产生的电气干扰不得对飞机或其系统产生危险的影响。
4.3.2 蓄电池
蓄电池应按下列要求设计和安装:
a) 在任何可能的充电或放电状态下,单体蓄电池的温度和压力应保持在安全范围之内。当蓄电池(在预先安全放电之后)在下列情况重新充电时,单体蓄电池的温度不得有不可控制的升高:
1) 以调定的最大电压或功率;
2) 最长持续飞行期间;
3) 服役中很可能出现的最不利的冷却条件。
b) 除非类似的蓄电池和安装方法的使用经验业已表明,单体蓄电池能够保持安全的温度和压力,否则应通过试验表明符合本条 a)的要求。
c) 正常工作时,或充电系统或蓄电池装置发生任何可能的故障时,从任何蓄电池逸出的易爆或有毒气体,在飞机内的积聚量不得达到危险程度。
d) 蓄电池可能逸出的腐蚀性液体或气体,均不得损坏周围的飞机结构或邻近的重要设备。
e) 用于起动发动机或辅助动力装置的镉镍蓄电池装置,应有措施防止蓄电池或某个单体蓄电池短路时所发出的最大热量危及结构或重要系统。
f) 用于起动发动机或辅助动力装置的镉镍蓄电池应具有下列系统之一:
1) 防止蓄电池过热的蓄电池充电速率自动控制系统;
2) 一旦出现超温情况即可将蓄电池与其充电电源断开的蓄电池温度敏感和超温警告系统;
3) 一旦发生蓄电池失效即可将蓄电池与其充电电源断开的蓄电池失效敏感和警告系统。
g) 在具有接地电气系统的飞机上,其电气接地在正常和故障情况下,应能提供足够的电气回路。注:4.3 要求与 CCAR-25 第 25. 1353 条规定一致。
4.4 电路保护装置
电路保护装置的设置应满足下列要求:
a) 应采用自动保护装置,在线路发生故障或在系统或所连接的设备发生严重失灵时,最大限度地减小对电气系统的损坏和对飞机的危害。
b) 发电系统中的保护和控制装置应能迅速断电,并将故障电源和输电设备与其相关联的汇流条断开,防止出现危险的过压或其他故障。
c) 在发生过载或电路故障时,不论如何操作,可复位型电路保护装置均应能断开电路。
d) 如果飞行安全要求必需有使某一断路器复位或更换某一熔断器的能力,则这种断路器或熔断器的位置和标识应使其在飞行中易被复位或更换。在使用熔断器的地方, 应有备用熔断器供飞行中使用,其数量至少应为保护整个电路所需的每种额定熔断器数量的 50%。
e) 每一重要负载电路应具有单独的电路保护。但不要求重要负载系统中的每一电路(如系统中的每个航行灯电路)都有单独的保护。
f) 对于正常工作中有必要进行断电或电源复位的飞机系统,该系统应设计为:其断路器不得作为断电或电源复位的主要手段,除非将断路器特别设计作为开关使用。
g) 如果对于接至某设备的电缆已有电路保护,则可采用自动复位断路器(如热断路器)作为该电气设备自身装有的保护器。
注:本节要求与 CCAR-25 第 25. 1357 条规定一致。
4.5 舱内服务设备
舱内服务设备设计安装应满足下列要求:
a) 舱内服务设备的设计和安装应在其电源或控制系统失效后,满足 4.2 b)、c)和 d)的要求。
注:舱内服务设备是指灶面、烤箱、咖啡机、热水器、冰箱和厕所冲水系统等为机上旅客服务的设备。
b) 厨房和烹饪设备的安装应使其过热和着火的危险最小。
c) 舱内服务设备,尤其是厨房区域的设备,应安装或保护妥当,以防止其正常使用过程中所产生的流体或蒸汽(或溢出的流体)损坏或污染其他设备或系统,该损坏或污染可能产生危险状况。
d) 除非以 4.4 要求的电路保护装置来符合 4.2 b)的要求,电气马达和变压器(包括舱内服务设备所用的马达和变压器)在正常工作和失效状态下,如果过热会产生烟雾或火情危险,则应具有适当的热保护装置以防过热。
注:本节要求与 CCAR-25 第 25. 1365 条规定一致。
4.6 预防伤害
各系统的电气设计和安装应能保证预防下列伤害:
a) 触电
尽量减少下列人员触电的危险:机组人员,旅客,勤务人员和使用正常预防措施的维修人员。
b) 灼伤
机组人员在正常运行期间可能接触的任何部分的温度,绝不能因机组人员的不慎运动造成危险,或伤害机组人员。
注:本节要求与 CCAR-25 第 25. 1360 条规定一致。
5 电路保护
5.1 基本原则
5.1.1 概述
电路保护泛指具有限制特性的自动保护,用于最大程度地降低失火和产生烟雾的危险,并减少由电路故障或电路长期过载造成的系统影响。
若保护装置仅在故障引起拉弧或火花后才进行动作,没有自动保护方案和装置能够保证完全防火。要达到消除电路故障,并提供必需的可靠性和安全性,需同时实施电路物理保护和自动保护。
5.1.2 电路保护器
电路保护器是对出现过流的电路进行延时切断的装置。
电路保护器主要用于保护电线而不是电气设备。在电线绝缘层开始燃烧或散发有害烟雾之前, 选择的保护器应将相关的电线从电力系统断开,切除电气故障或过流。
保护器不应过于敏感而误动作。
5.1.3 保护范围
5.1.3.1 电路保护
包括应急电路在内的所有电路都应安装合适的保护装置。除非上一级保护器能够提供充分的保护,否则应设置电路保护器。
对于从一个保护器引出几根电线的情况,承受电路总电流的保护器应能向单根电线提供合适保护。电路保护器通常不是航空防爆电器,不应安装在燃气区域。
5.1.3.2 设备保护
设备保护虽与电路保护相关,但应单独考虑。因为应急电路的故障将会导致维持飞机可控飞行的功能失效,所以应重点考虑如何最大限度地安全使用应急电路中的设备。必要时, 设备保护由设备自身提供,而不是由电路保护器完成。
为了最大限度地使用设备,设计时应先选择合适的电线,再选择合适容量的保护器来保护电线。 5.1.3.3 双重保护
电路保护和设备保护尽管有时可以通过一个电路保护器实现,但应认识到电路保护器的特性及安装条件使保护器的时间-电流特性与设备保护及设备最大限度地使用特性之间存在较大差异。若只使用电路保护器来实现应急设备的自动保护,需确保没有安全隐患。具有维持飞行控制功能的保护器不应远离飞行员和机组人员的直接控制范围。对于不要求最大限度使用的非应急设备, 其保护功能可采用电路保护器实现。具有自由脱扣功能的机电功率控制器/继电器装置可为交直流供电系统、汇流条馈线和电气设备提供保护。这类装置的通用要求见 SAE AS5363。
5.2 断路器
5.2.1 选择
5.2.1.1 概述
断路器应根据不会引起电路误断电的最小容量进行选择。为了便于使用, 应优先选用断路器而非熔断器。断路器的基本功能是保护飞机电线, 设备保护采用嵌入设备内部的保护将更为可靠。环境温度的变化将对断路器保护特性造成影响。
断路器的选择和应用标准按 HB/Z 403-2013 第 5 章的规定。
5.2.1.2 应急电路
对应急电路的保护,应选用与电线保护相符的最高容量的断路器。为了确保关键设备最大限度地不中断使用,在这些电路中,需仔细设计供电线路和断路器,并考虑瞬态电流的影响,如电动机起动电流和低温工作时的大电流等。在未单独设置开关的线路中,断路器应选择允许手动断开的类型(即扳动型和推拉型)。
5.2.1.3 非应急电路
非应急电路中的断路器或其他保护器在保证设备能够可靠工作的基础上按最小容量进行选择。因为电路保护器通常不作为设备保护器使用,所以建议通过工程计算、试验或二者结合来验证电路保护器在工作条件下的有效性。
5.2.2 安装
5.2.2.1 概述
影响飞行安全的断路器应安装在机组人员飞行时容易操作的地方。通常, 断路器应位于飞行中能够复位的地方,也应尽可能靠近汇流条安装,使不受保护的电线长度最短。不影响飞行安全的断路器也可安装在不易接近但可使不受保护的电线最短的位置。电气设备的选择和安装要求参见 GJB 2490 和GJB 778。
5.2.2.2 与汇流条连接的断路器
若需连接小于 50A 的负载到大容量汇流条时,基于以下原因,断路器不应与汇流条刚性连接:
a) 从断路器到汇流条的热传导很快,若断路器直接与大容量汇流条连接,断路器特性会发生变化;
b) 当断路器的接线端承受大的机械应力时,一些断路器的特性会改变;
c) 断路器在大电流直流系统中脱扣时,汇流条与断路器之间的短接线能对短路电流进行限制。
5.3 熔断器
5.3.1 选择
5.3.1.1 概述
熔断器通常应根据对电线提供充分保护和不会引起电路误断电的最小容量进行选择。
熔断器的选择和应用按 HB/Z 403-2013 第 6 章的规定。
5.3.1.2 应急电路
对应急电路的保护,应选用与电线保护相符的最高容量的熔断器。为了确保关键设备最大限度地不中断使用,在这些电路的设计中,需考虑供电线路和熔断器,并考虑瞬态电流的影响,如电动机起动电流和低温工作时的大电流等。
5.3.1.3 非应急电路
非应急电路中的熔断器在保证设备能够可靠使用的基础上按最小容量进行选择。建议通过工程计算、试验或二者结合来验证熔断器在工作条件下的有效性。
5.3.2 安装
5.3.2.1 概述
熔断器应安装在飞行时候易于更换的位置,也应尽可能靠近汇流条安装,使不受保护的电线长度最短。若不需考虑操作方便,也可将熔断器进行集中安装。
5.3.2.2 熔断器的通风
发热严重的熔断器尤其是大容量熔断器安装时应考虑散热措施,保证熔断器的温升不超过电线温升,以及熔断器之间的相互热作用不会对熔断器给定的时间-电流曲线和额定容量产生不利影响。同时,也应注意熔断器散发的热量不会对熔断器附近汇流条的相关设备产生过热的环境条件。
5.3.2.3 熔断器的连接
熔断器连接松动或接触电阻过大会导致过热,造成电路无故断开或可能产生电弧。将熔断器直接用螺钉安装到一个大电流汇流条上,其熔断特性会受到通过连接螺钉热传导的影响,但由于熔断器熔断特性的容差范围很宽,这种影响可以忽略。
5.3.3 熔断器的应用
熔断器和断路器都可用于电路保护。复位一个断路器比起更换一个熔断器更安全和快速,因此断路器更适用于保护那些出现故障会危及飞行安全的电路。
在小于 1A 的场合一般不采用断路器,像测量仪器、小变压器等小电流设备都使用小电流熔断器进行保护。当电路特性需要使用几种不同类型电路保护器进行混合保护时,需特别注意保护器之间的协调。另外,熔断器易受振动和冲击的影响,应注意选择其类型和安装位置,以达到满意的保护效果。
5.4 限制器
5.4.1 选择和应用
5.4.1.1 概述
限制器通常用于配电系统中和大功率用电设备的馈线上,提供系统保护或短路保护。因为断路器具有更为理想的反延时时间-电流特性,而且容易重新接通,所以在应急电路或者任何发生故障会危及飞行安全的电路中,应优先采用断路器而非限制器。
限制器的选择和应用按 HB/Z 403-2013 第 7 章的规定。
5.4.1.2 使用限制器提供电线保护
限制器的设计不是为了与飞机电线热特性相匹配。与断路器和难熔熔断器相比, 为电线提供完全保护的限制器在大电流过载时具有更短的保护时间,因此能对电线提供更为充分的保护,避免电线在其短时大电流极限条件下工作。
5.4.1.3 使用限制器提供系统保护
在配电系统中,限制器专用于快速隔离能够造成电压超出极限要求或损害发电系统的大电流故障。限制器和熔断器在应用上的区别通过以下两个例子予以说明:
a) 汇流条到发动机起动机的供电馈线通常仅承受短时间的严重过载。依照对较小较轻电线最大程
度使用的原则,对该类电线的保护最好采用难熔熔断器或其他与该电线的安秒特性较为接近的保护器。
b) 对从主汇流条到分汇流条、持续流过电流的供电电线, 电压降的限制和负载特性使得通常不要求最大程度地使用电线。若该电线或分汇流条发生接地或短路故障, 采用限制器就可较好地达到隔离电线或分汇流条的目的。在短路条件下, 限制器比难熔熔断器能够更快地将故障线路或分汇流条从主汇流条和发电系统分离。
5.4.1.4 限制器的应用
限制器用于隔离可能导致发电系统崩溃或大容量电线受到损害的短路,而难熔熔断器或断路器更适用于实现电线得到最大程度的使用。通常, 飞行中在故障清除前不宜更换大容量限制器,其常规的安装位置(主汇流条上)也决定了在汇流条断电之前进行更换此类装置是困难和危险的。限制器的安装应考虑适当的散热措施。在安装大容量限制器或熔断器时应避免向大容量汇流条传递过多的热量, 还应特别注意避免其散发的热量导致临近或相连接的设备过热。限制器安装时还应保证机械应力不会对限制器的连接和外壳造成影响。当电路需要使用断路器和限制器串联工作时, 应特别注意保证各保护器之间的协调性。
5.4.2 特性
5.4.2.1 交流限制器
交流限制器具有如下主要特性:
a) 承受大约 200%的额定电流至少 5min;
b) 通过 240%额定电流时,在 5min 之内断开;
c) 应用于 115V 和 200V 时,分别具有 4 000A 和 2 500A 的分断能力。
5.4.2.2 直流限制器
直流限制器的最大工作电压为 32V,通常能够连续承受 140%~200%的额定电流。小电流直流限制器能够连续承受 200%的额定电流;大电流限制器的电流等级越高则能够连续承受过电流的百分比就越小。
5.5 飞机电线与电路保护器的匹配
5.5.1 保护与电线的使用
电线保护是限制电线电流的幅值和持续时间,以免造成电线导电率下降或绝缘损坏。良好的保护匹配是在允许的电流持续时间内最大程度地使用电线,这将使电线的温升接近设计极限。然而, 在设计时首先应考虑的是安全需要,其次才是电线的充分利用。
示例:
本示例根据最高导体温度为 105℃、处于连续工作条件下的电线给出(在其他电缆标准如 GJB 773 中规定电线的最高导体温度为 135℃、150℃、200℃或 260℃)。经验表明,105℃的电线可在导体温度高达 110℃时工作至少 1h 而不会冒烟,在限定的时间内能够安全地承受其他高于 105℃的温度。基于上述考虑,对于 105℃的电线推荐采用下述导体温度进行设计:
a) 工作温度:最高连续工作温度 105℃,最高短时工作温度 125℃;
b) 保护温度:最高长时保护温度(约 15s 或更长)125℃, 最高短时保护温度(约 0.01s 或更短)150℃;
c) 对任何应用在高于上述工作温度和保护温度极限的电线,应通过充分的试验验证。
在保护极限范围内的电路可能会承受导致导体温度接近 125℃的异常状况,而且理论上即使保护装置实施保护也可能出现这种状况。实际上,这种异常状况可在造成严重损坏之前通过其他异常现象发现。试验表明,额定温度为 105℃
的电线在 125℃的温度下持续工作超过 400h,在一定期限内继续正常工作仍然是安全的。应认识到需要大量的飞行时间才能使电线接近但不超过 125℃的时间累计达到 400h,而且只有在环境温度、电路负载等因素的综合影响下才能使电线温度接近保护设计温度 125℃,因此,该极限值是非常安全的,考虑到电路保护器工作特性的允许容差,使用这些极限时在工作温度和最大保护温度之间还提供了 20℃~25℃的冗余。
注:飞机上不宜使用 105℃的电线。
5.5.2 短时时间-电流特性(线束和单根电线的时间关系)
根据极限温度和 57℃的假定环境温度,对于每种规格的单根电线都可确定其特定的时间-电流关系。工作环境、电线是否采用导管安装和同一线束中其他电线的实际电流等因素都可能对电线的时间-电流关系造成影响。对于正常的线束和安装, 若线束中仅有一小部分(20%)电线同时流过电流且时间很短,那么其时间-电流特性可按照单根导体在自由空气中的特性进行安全预计。对于大负载线束、包含线规差异很大且长时间流过电流的线束,应就过载对电线温度的影响进行深入研究。
5.5.3 电线保护器的选择
5.5.3.1 基于电线的考虑
根据载流电线温度达到极限温度前断开电线保护器的原则,为不同规格的电线选择保护器。在为电线选择保护器使电线与保护器合理匹配而进行分析或实验室试验时,应主要考虑以下一些因素:
a) 考虑产生烟雾和电气、机械性能降低时,具体电线绝缘的最高长期和短期安全温度;
b) 最高环境温度,包括电线所在线束中的工作温度;
c) 最大工作高度,海平面空气密度和电线所在高度的空气密度会对冷却条件造成差异;
d) 受保护的电线所在线束中的电流最大总和与载流电线的数量。
5.5.3.2 基于保护器的考虑
基于保护器考虑以下因素:
a) 环境温度范围,考虑在保护器安装位置由电线 I2R 损耗及附近设备引起的可能温升和由于保护器安装形式引起的热耗;
b) 保护器的时间-电流特性,考虑所在环境温度和海拔高度下,不同定额、不同类型装置之间的容差。
5.5.4 负载与保护特性
对于已列出的保护器定额或其他可以合理选择的保护器定额,建议将保护器的分断特性与负载电流加以比较,以免出现误断现象。在进行比较时, 应综合考虑保护器允许的制造误差、环境温度和压力的影响。如有必要, 需增大保护器的定额以确保其可靠工作,同时受保护电线的截面也应相应增加,除非可以证明在应用环境中较大定额的保护器能够为较小截面的电线提供适当的保护。
示例:
对于增压的飞机,高度的变化会改变电线和保护器额定值之间的匹配状态。与位于增压到相当于 2 500m 高度的驾驶舱内的保护器相比,过载对位于 9 000m 高度非增压区电线的影响更为迅速。若电线在 9 000m 高度的环境温度维持在57℃(而断路器位于相当于 2 500m 高度的驾驶舱内),断路器的额定值应减小 20%(例如,用 20A 的断路器代替 25A 的断路器)。若在海平面电线的环境温度不大于 57℃, 在 9 000m 高度环境温度可能会降到 32℃(或更低),在这些情况下(电线在 9 000m 高度、环境温度为 32℃与保护器在 2 500m 高度、环境温度大约 27℃相比),电线和保护器的电流额定值都将减少到海平面条件下的 92%,其匹配特性不受影响。
对于没有加热舱的非增压飞机,由高度引起的环境温度降低会同时对保护器和电线造成影响,因此保护器和电线之间的匹配特性不会改变。在 9 000m 的高度范围内,环境温度的降低几乎完全补偿了空气密度减少对保护器的影响,因此保护器的额定值不会有大的变化。位于非增压加热舱的保护器将趋于过度保护(虽然匹配特性受到影响,但过度保护
会使系统更加安全),在此情况下,设计者首要关注的就是随着高度的增加保护器的脱扣电流会减小,断路器在 9 000m高度时其脱扣电流将减少到海平面时的 75%左右。对于已列出的保护器定额或其他可以合理选择的保护器定额, 建议将保护器的分断特性与负载电流加以对比,以免在环境温度、压力以及保护器的制造误差等因素的综合影响下造成误断现象。在 HB 5795 中给出了确定电流额定值的有效方法,以补偿环境温度、高度和线束负载等因素的影响。
5.6 供电系统保护
5.6.1 通用标准
5.6.1.1 供电系统
飞机供电系统的保护随发电、变换、配电和用电四个部分分别进行论述, 这四个部分对系统负载分配与管理都起着一定的作用:
a) 发电部分包括从发电机到(包括)汇流条接触器的部分,还包括蓄电池及其所有电气控制和保护,可能还包括频率可控系统中使用的齿轮箱和恒速传动装置。直流发电机和起动发电机最低性能要求见 HB 7284,交流发电机的最低性能要求见 SAE AS8011。
b) 变换部分包括变压器、整流器和变频器等。虽然将变换部分合并到其他部分中也是合理的, 但通常还是单独归为一类考虑。静止变流器的最低性能要求见 HB 6547。
c) 配电部分的功能是将发电机发出的电能传输到用电设备或系统。配电系统由主汇流条、接触器、配电线及其保护装置和将电能分配到负载的一些分汇流条组成。
d) 用电部分包括所有用电设备或系统、从用电设备到其负载汇流条的负载电路及所采用的任何断路器或保护装置。
5.6.1.2 保护的目的
供电系统的保护为了达到如下目的:
a) 在正常或故障状态下向用电系统提供可靠和连续的电能;
b) 防止电气故障引起失火或冒烟;
c) 减少维护成本。
5.6.1.3 保护设计
5.6.1.3.1 概述
防止电气故障时首要考虑的因素包括发电机电路和汇流条的保护合理可靠、电气系统的完好以及预防失火和冒烟等。由于可能产生电弧或电火花的电气故障发生后, 保护装置才进行保护,所以即使该电气故障能够得到迅速清除,也不能保证完全防火。大部分电气防火保护都是为了预防发生故障。虽不可能完全避免故障,但应通过全面检查与改进,不断提高设计质量,尽可能防止故障的发生。通过材料的合理选择、设备的合理安装及充分的检查与维护,能够有效地减少故障数量。
5.6.1.3.2 汇流条的安装位置
主汇流条应安装在有外壳保护的地方,通常将接线端(和设备接线端)方向朝下安装,以尽量减少外来物落到汇流条上或外露供电端子上的概率。
5.6.1.3.3 汇流条的防护
除了控制设备的各种接地线外,通过合适的设计与维护,将汇流条安装在完全绝缘的壳体内可减少汇流条接地故障发生的概率。应合理布置接地线, 尽量避免造成危害。汇流条的防护不应降低对散热设施以及检查和维护设施的要求。若可行,在存在较大电位差的汇流条之间可采用绝缘体进行隔断。
5.6.1.3.4 汇流条的绝缘
为了避免裸露的汇流条造成短路故障,或发生意外的机械接触和人体接触,汇流条和汇流条附件上可使用耐火绝缘材料,但不能过度降低对汇流条的冷却要求。
5.6.1.3.5 外露接线端的绝缘
应采用绝缘材料对电力设备上外露的接线端进行保护。
5.6.1.3.6 电力控制装置的绝缘
与电源直接连接而无保护和接地金属外壳的接触器、电路保护器、反流割断器等装置应安装在绝缘机座上。任何控制(或 EMI 保护)需要的接地连接应与正线隔离敷设。
5.6.1.3.7 汇流条延伸部分的保护
汇流条的延伸部分(包括直接连接到汇流条上的任何导体)都应作为汇流条的一部分而给予相应的保护。应尽可能缩短汇流条的延伸部分,并建议采用可靠的绝缘材料(例如玻璃纤维套管)提供物理防护,物理防护措施不应妨碍频繁、全面的检查,也不应对散热造成不利影响。
5.6.1.3.8 相线的连接
三相系统中,安装设计应能防止任何相线连接错误。若存在因疏忽导致相线连接错误的可能, 则应确保不会引起危害性故障,或在飞行前检查中就能够发现。
5.6.1.4 自动保护
任何预防措施也不可能完全避免供电电路发生故障,因此需要使用自动保护装置限制故障电流的幅值和缩短故障电流的持续时间,从而降低失火的危险。该功能可与避免对设备造成损坏和维持系统可靠性的功能结合,由同一装置实现。故障发生时, 此类保护装置限制故障产生的能量,缩短相关控制设备和电线过载及过热的时间,从而降低因长时间过热而造成的冒烟进而失火的可能性。对于可通过自动转换将失电汇流条连接到备用电源的系统,应能敏感汇流条故障,以便锁定备用电源,防止故障汇流条与备用电源连接。
5.6.1.5 保护的协调
对每个供电系统都应进行全面的分析,以将失火的可能性降至最低。分析时, 应考虑在地面电源供电和在发动机预期转速范围内由机上发电机供电两种状态下各汇流条的短路容量。保护的协调性、灵敏性、选择性、工作特性和分断能力应在电压、高度和温度等所有可能的综合条件下加以分析。对于所有减少发生火灾的措施,都应通过对相关设备和材料的过热和燃烧特性进行评估而做出进一步调整。
5.6.1.6 电线保护
应优先采用电路保护器对电线进行保护。若难以实施电气保护,可按照 SAE AS50881 等相关布线标准的要求采用保护套之类的预防措施实施物理保护,但应评估物理保护对电线和汇流条额定电流造成的影响。
5.6.2 发电系统的保护
5.6.2.1 概述
在不显著降低系统向飞机可靠供电能力的前提下,发电系统的保护应使飞机免受危害,并使发电系统不因故障而造成损坏。应首先考虑如何预防电路发生故障。发电机主馈线与控制线应尽可能分开敷设,以减小接触损伤。发电系统的控制、指示及其仪表电路的故障保护也应使其发生火灾的可能性最小, 可采用小型断路器(首选)或熔断器来实施保护。
对发电机可能承受的电气负载与制造商规定的发电机额定容量和极限进行比较。若发电机所带的总
电气负载可能超过其输出极限,应减小负载,以免发电机过载;或为飞行员或机组人员提供安全、方便的负载管理措施,使发电机负载保持在规定的极限范围内。
5.6.2.2 交流和直流系统的通用要求
5.6.2.2.1 发电机过压保护
应提供发电机过压保护功能。
5.6.2.2.2 发电机过热指示
应考虑发电机过热指示功能,但过热指示也存在以下不足:
a) 温度探测器无法及时、可靠地发出轴承故障告警信号,对叠片和绕组造成物理性损害(现在已有不依赖温度测量的轴承故障检测器);
b) 不可能将过热探测器总是安装在各种工作条件下都能敏感到最严重过热的部位。
5.6.2.2.3 发电机冷却
应检验发电机在所有工作高度下的冷却措施(若采用了发电机驱动装置,还包括发电机驱动装置的冷却)是否充分,以保证在最恶劣的条件下发电机也能提供额定容量。
5.6.2.3 直流发电系统保护
最早采用反流保护对直流发电机电路进行保护。飞机各发动机转速是不同的, 且发电机最优设计的转速变化范围要比发动机转速的变化范围窄,采用反流保护装置可阻止蓄电池或高转速发电机通过汇流条向低转速发电机供电,并驱动低转速发电机,或者阻止向发生故障的发电机内部或发电机主馈线馈电。反流保护装置无法对位于反流保护装置和汇流条之间的故障进行保护,此时需要另外一些保护措施,比如发电机和馈电线路的差动(平衡)电流保护。发电机过热指示对危险状态提供告警, 并对缓慢发展中的潜在故障提供了探测与切除的可能。安装发电机馈线和连接器时应考虑物理保护。此外, 还应提供其他的保护措施来阻止发电机向故障的馈电线路供电,例如差动保护等。过压保护建议设计为自动。发电机负载的监测通常应由机组人员完成,除非在发电机负载短时变化的特殊情况下,机组人员来不及对负载进行监控。目前还没有简易、通用的负载自动监测方法。建议提供发电机“反极性”保护,并通常设置在反流保护装置内部。
选用单独的小型断路器(首选)或熔断器对控制、仪表和指示器相关电路进行保护, 使失火的可能性最小。
注:在直流电源系统中,若发电机出现并励磁场开路,这时发电机串励磁场的作用可能产生危害性的电压和电流。
5.6.2.4 交流发电系统保护
交流发电系统现有的保护类型包括发电机故障、发电机馈线故障、欠频、过频、反流、电枢堵转、相序错误、异相并联、轴承故障、过载、过压、欠压、过励磁和欠励磁, 以及冷却系统故障等。保护的设置应符合实际需要。在现代飞机上, 连接到交流电源系统的负载数量和负载重要性,要求采用较为全面的保护。在非并联的宽变频系统中可不需过频保护。尽管发电机过载保护方法是可行的,但从简易、可靠性的角度考虑,推荐仅对大过载采用自动过载保护,对发电机可承受几分钟的过载采用手动方式进行修正控制。
采用单独的小型断路器(首选)或熔断器对控制、仪表和指示器相关电路进行保护, 可使其发生火灾的可能性最小。
5.6.2.5 发电机传动保护
若采用了发电机传动装置,应对其进行适当的安装,使发电机及其传动组合满足发电机系统安装的
相关要求。
对保护和告警装置的安装应给予认真考虑。适用于液压-机械传动的保护包括: 低油压告警、进出口温差指示、传动断开和在输入轴上的剪切。要求协调发电机和传动装置的特性, 确保在不对传动装置造成损害的前提下合理地切除故障。
5.6.3 变换系统保护
变换系统的保护特性和保护程度由变换系统供电的设备功能决定(例如,一个为娱乐设施供电的整流器可能仅要求在其输入电路安装一个断路器或熔断器,而对一个向飞行仪表供电的变流器,可能要求为其输入和输出电路设置电路保护和提供故障告警或自动切换装置等)。
在使用整流器向用电设备供电时,通常应在电源输入侧安装断路器或熔断器对电路进行保护。用作控制元件的整流器(例如,蓄电池充电电路中的整流器模块),除了馈线保护外一般不再需要其他形式的保护。在变流器、变压器和变压整流器的输入、输出电路中通常都应配有合适的断路器或熔断器。若输出电路的电流足以使输入保护器动作,而且输出电路也能承受而不会损坏,那么就没有必要在输出电路中设置保护器。对于具备电压调节功能的变压整流器和变流器, 调压故障可能会产生危害性高压,因此应设置过压保护。
5.6.4 配电系统保护
5.6.4.1 主汇流条保护
5.6.4.1.1 概述
主汇流条是电气系统关键的组成部分,通常作为发电机与负载之间、发电机与发电机之间的连接。主汇流条故障将直接导致连接到此汇流条上的负载供电失效,还可能引起局部消耗大量的电能,从而影响系统的正常运行。根据主汇流条所在系统的特性,可能需要采用供电故障告警或负载自动切换。
5.6.4.1.2 直流主汇流条保护
为了减小火灾危害,可将汇流条集中安装在受保护的区域,减小其实际尺寸,并在发生故障时提供快速的隔离措施。在断开故障汇流条所有电源时, 应区分故障过载和正常过载,因此应对断开的方式进行分析和试验。应考虑增加除反流割断器以外的其他保护措施。在汇流条发生故障时, 若汇流条上连接着运转的高惯性电动机,应考虑电动机可能产生的反馈电流。连接到其他汇流条和用电设备的馈电线路应通过适当的断路器或熔断器连接到主汇流条。
5.6.4.1.3 交流主汇流条保护
在主汇流条发生故障时,应断开故障汇流条与其发电机以及与系统其他部分(若是并联系统)的连接。在发电机内部发生故障和主馈线发生故障时, 汇流条的隔离保护由发电机和主馈线保护实现。无论主汇流条一相、两相或三相发生故障, 都应断开三相主汇流条,以防止与该汇流条连接的三相用电设备工作异常或对其造成损害。主汇流条至配电汇流条的馈线应通过具有足够分断能力的保护装置在主汇流条上或附近进行保护。
5.6.4.2 配电汇流条保护
应通过合理设计对配电汇流条进行机械保护。
应通过具有足够分断能力的断路器或限制器安装在主汇流条上或附近对馈线进行保护。应特别注意确保汇流条馈线保护与配电汇流条连接的保护装置之间的相互协调。应通过断路器或熔断器将负载电路连接到配电汇流条。若配电汇流条的重要程度很高, 或馈线故障的后果影响严重时,可以采用多根馈线以提高电气系统的工作可靠性。在此状态下,每根馈线的两端都应通过限制器或断路器连接在汇流条上,
以便隔离故障电路和正常电路。
5.6.5 用电系统保护
向用电系统供电的电线应采用断路器或熔断器进行保护。这些电路保护器同时可对用电设备提供一定程度的保护,但要求用电设备必须防止过热冒烟时,这些保护通常就不够充分。若潜在的故障可能会导致失火或冒烟的危险时,应根据用电设备的要求提供过热保护。
用电设备应适应供电系统的输出特性。飞机供电特性及对用电设备的要求参见GJB 181或HB 7745。
除必要的电线保护之外,三相负载为了获得最高的可靠性和最佳的保护性能,其电路保护器的选择应符合 HB/Z 403-2013。
5.6.6 外部电源电路保护
对从机上外部电源插座到飞机供电系统的馈线应进行保护和隔离,确保任何可能发生的故障对飞行需要的系统不会造成影响。外部电源接触器的设置应靠近飞机汇流条, 使地面电源未使用时连接到飞机供电系统的馈线最短。应设置反极性保护或相序保护, 避免极性相反或相序颠倒的外部电源连接到飞机电网。
6 电路中的故障-安全特性
6.1 故障分析
6.1.1 概述
在飞机上安装电气设备和线路时应考虑可能发生的故障或失效及其对整体性能、安全飞行和起飞、着陆方面的影响。例如,配置两台导航仪,若其中一台发生故障,不会影响正常飞行导航。
6.1.2 线路故障
6.1.2.1 线路开路
应考虑系统中单根电线开路时不会造成飞机失控。
6.1.2.2 线路短路
与设备连接的线路可能会出现对地短路的故障,或在少见的情况下与其他线路短路,设计应避免在出现这种情况时飞机失控。此外,还应采用适当的电路保护以减小冒烟、失火等危害。
6.1.2.3 缺相
在三相系统中,应考虑由缺相引起的工作异常。对可能危及到飞行安全的情况, 则应提供告警和保护。
6.1.3 设备故障
6.1.3.1 概述
系统设计应使设备发生故障时对系统造成的危害最小。
6.1.3.2 继电器故障
考虑继电器存在无法正常动作或复位的可能,应进行认真的设计和电路分析,以确定对飞机整体性能的影响。
6.1.3.3 供电设备故障
发动机、发电机或发电机控制系统故障会导致供电系统故障。应保证一台或多台发电机故障时不会引起其他发电机故障。应按照 19.6 的要求对发电机过载进行监控。
6.1.4 设计考虑
6.1.4.1 概述
线路和设备受物理损伤、异物、灰尘和湿气等因素的影响,可能会造成接地、短路或开路等故障,应采取有效措施预防这些故障的发生。
6.1.4.2 连续线路
电源与装置之间采用连续线路,或者对线路中的连接点进行合理的隔离和保护,可减少短路或接地的发生概率。
6.1.4.3 电线的隔离
特殊情况下,将同一系统的电线安装在相互隔离的线束和连接器中,可进一步降低同时短路的概率。
6.1.4.4 关键电路
通过接地来完成电路功能的反桨、灭火器等关键电路, 若处于正常的不工作状态时将电路两端接地或隔离,可认为不存在误动作的可能性。接地点或隔离点与相关设备之间采用最短的电线进行接地或隔离,可获得最佳的保护性能。
6.2 一般要求
6.2.1 安全性与可靠性
飞机所有电路和部件的电气安装设计应首先考虑其安全性和可靠性。失效或异常的工作条件对某些特定电路可能比其他电路更具危害性,为此,应给予特殊的设计考虑并采取必要的措施,甚至以增加重量为代价,使发生故障的概率最小。
保证可靠性的基本原则如下:
a) 在所有环境和运行条件下,按照可靠运行的要求合理选择设备;
b) 特别注意电线和部件的敷设和安装,与其他设备尽可能隔离,并提供最大程度的机械保护;
c) 由具备最高可靠性的单路电源或多路电源供电;
d) 电路和设备的备份。
所有预防措施都不可能完全避免电源故障、短路或开路, 但对电路和设备采用“故障-安全”原理进行设计,可减小火灾危害、避免系统误动作或指示错误, 如:对控制电路进行“故障-安全”设计可使作动器处于安全的位置,保证飞机持续运行;对指示器进行“故障-安全”设计可提示机组人员指示器已出现故障,不再可靠。
6.2.2 “故障-安全”特性
“故障-安全”电路保证任何可能发生的故障都不会影响飞机安全运行,或危及乘客安全。
6.2.3 电路分析
应对飞机上安装的所有电路和系统进行分析,必要时还需进行测试,以确定其对飞机运行的影响及对其他设备或系统的影响。分析对象应包括系统中的所有元件。
应对所有可能发生的电路故障都进行评估,对以下故障应尤为关注:
a) 对地短路;
b) 与附近电线或端子短路;
c) 开路,特别是桥臂或放大器电路的开路;
d) 继电器、变压器等器件的故障或失效,特别是桥式电路中的器件故障;
e) 接地点开路或接地电阻过大,特别在多个系统或元件共同接地的地方;
f) 在两个或多个电路中共用一个或多个元件所产生的不良反馈。
6.3 火警探测电路
6.3.1 火警探测电路的完好性
不必过分强调火警探测电路的精确性。应合理使用灭火剂。火警探测设备的设计应减少因虚警而造成飞行员不必要的精力分散、发动机的不当停车和加热器的断电等。火警探测装置的最低性能要求见HB 7282。
6.3.2 火警探测电路的元件选择
应对电路中包括电线在内的所有元件进行合理选择,最大程度地提高电路可靠性;应特别关注安装在极可能发生损害区域内的元件。
6.3.3 电线短路或开路对火警探测电路的影响
电线的短路或开路都不应产生火警信号。尽可能提供一种适于机组人员使用的简单方法,在空中或地面对电路进行检查。
6.3.4 火警探测器电路之间的协调与交联
应保证火警探测电路和失火保护之间的协调(即应在灭火剂覆盖的区域内安装适当数量的探测器)。火警探测电路的交联不应因任何器件或电线故障引起其他火警探测电路失效。例如, 某个短舱内的电路故障不应引起其他短舱内的火警探测电路的断路器跳闸,或影响其正常工作。
6.4 螺旋桨控制电路
6.4.1 螺旋桨控制电路的互联
控制螺旋桨各种功能(如顺桨、反桨和在调节范围内改变桨距等)的电路,应避免不必要的交联,否则,一种控制功能的电路故障将造成其他功能失效。任何单点故障不应导致一个以上螺旋桨出现危害性故障。
6.4.2 螺旋桨控制电路故障
某一特定功能的控制电路故障不应使螺旋桨达到未选择的位置。例如, 螺旋桨的桨距调节不应允许螺旋桨进入顺桨或反桨位置,而应保持在固定的桨距或固定的转速。相反, 若在故障之前已选择顺桨位置,则螺旋桨应保持在顺桨位置。对自动控制电路或相互关联的控制电路应给予特别关注(例如涡轮螺旋桨发动机的自动推进控制)。
6.5 热防冰和除冰电路
6.5.1 热防冰和除冰电路中的过热控制
防冰和除冰系统的电路应具有防止出现过热的措施,过热将对飞机结构造成危害和引发火灾。为挡风玻璃提供防冰或除雾功能时,需特别考虑防止影响可视性和结构强度的玻璃变形或裂纹。过热控制电路应具有低的热惯性,信号或调节不会明显滞后于温度上升。
6.5.2 对称的防冰和除冰控制
特殊情况下,尽管只有一个电路或一个加热器组件故障,仍要求保持对称的除冰模式。例如, 左内
侧机翼某部分防冰功能故障,要求禁止右侧相应部分的防冰功能。此外, 直升机或螺旋桨叶片上除冰或防冰系统故障,需要类似的控制,以防止非对称除冰。
6.6 灭火控制电路
6.6.1 灭火控制电路器件的选择和保护
灭火电路应选择可靠性最高的开关和控制元件,并对电气元件和电线进行合理安装,以达到物理防护的目的。对电引爆分系统布线的更多要求见 SAE AS50881 等相关标准。灭火系统电路的布置应允许操作人员可通过备份线路和控制设备对系统进行操作。
6.6.2 灭火控制元件的电路设计
应合理设计灭火系统电路,避免灭火剂排放到“封闭管路”中(即应在灭火剂释放之前打开单向阀)。有些火情由机组人员首先发现,而不是火警探测系统,因此单向阀的控制应避免完全依靠火警探测系统。灭火电路的交联不应因任何器件或线路故障引起其他灭火电路失效。例如, 某个短舱内的电路故障不应引起其他短舱内的灭火电路断路器跳闸,或干扰其正常工作。
6.7 流体切断阀电路
6.7.1 流体切断阀的选择
为了使流体切断控制电路具备“故障-安全”特性,若电磁阀自身或其电路故障使阀门自动关闭不会对飞行状态造成危险,建议在燃油和滑油管路中使用常闭电磁阀(例如电磁阀可用于座舱加热环路,而不能用于发动机的燃油供油管路)。在低电压状态下, 滑油管路中的阀门应维持在其上次选择的位置。应避免没有流量时持续通电的电磁阀过热。
6.7.2 发动机滑油阀控制
应考虑顺桨完成前切断发动机滑油而造成发动机抱轴的可能。一旦出现火情燃油阀应立即切断。在没有接通发动机滑油时,应无法接通发动机燃油油路。
6.8 其他电路
应考虑以下电路的故障-安全特性:
a) 自动驾驶仪;
b) 燃油控制;
c) 涡轮控制;
d) 推进控制系统;
e) 包含配平和人工感知系统的飞控系统;
f) 飞行仪表;
g) 含燃烧加热器在内的加温、通风和增压系统;
h) 流体切断阀控制;
i) 自动刹车控制;
j) 反推控制;
k) 发动机控制,尤其是涡轮发动机的自动控制;
l) 起落架控制;
m) 燃油探测系统线路。
7 相关重要设备的电路
7.1 概述
为了使飞机电气系统及其器件安全、可靠地工作,应根据每个电路的重要程度给予相应的设计考虑。例如,在电路设计中,主要考虑的因素包括使用的电源种类、所要求的电线类型、电线敷设和电线保护等。对相关重要设备的电路,更应关注这些因素。
7.2 双路供电
7.2.1 概述
对应急电路应提供备用电源。
7.2.2 备用电源的选择
应急电路的供电应具有最高的可靠性,通常由主发电系统提供。在选择应急电源时,应作如下考虑:
a) 在任何可能的初始条件下(例如蓄电池未充满的状态),在飞机安全着陆前电源应能提供需要的电能。
b) 电源应具有足够的容量供应急系统起动和工作(例如陀螺仪、燃油泵或变流器的起动)。
c) 应具备飞行前电源的检查方法,最好在飞行中也可检查。电源的容量不应因检查而有所降低。
d) 应对应急供电电路进行合理布置,避免对应急电源产生不利影响(例如在使用蓄电池作为应急电路的备用电源时,若蓄电池出现异常放电现象,应立即警告机组人员,在一般用电设备使蓄电池严重放电之前将其从直流主汇流条上断开,否则不能将蓄电池作为备用电源)。
7.2.3 应急电源的类型
应急负载特别是交流应急负载的不断增加导致多数情况下采用蓄电池作为应急电源是不经济的,可采用各种固体燃料、液体燃料和冲压空气涡轮驱动的发电机作为应急电源, 但这些装置通常都是复杂的机构,应用时要特别注意。
7.2.4 主发动机的使用
若采用主发动机作为应急电源的动力源,则应考虑发动机在飞行中发生故障时所引发的问题。
7.3 电气隔离
7.3.1 重要电路的保护
相关重要设备的电路,包括应急电路都应具有单独的电路保护。
7.3.2 应急电路电源
应急电路应由飞机上最为可靠的汇流条供电。该汇流条可以与备用电源连接或与多个电源连接, 并能与其他汇流条隔离,以提高该汇流条的可靠性。
7.3.3 重要负载
应保证不会因一个电路保护器开路而造成多组仪表或控制装置失电的状况(例如,一台发动机的仪表或控制装置不应连接到另一台发动机相应设备的保护器上)。同样,提高可靠性的备份系统不应由同一个保护器控制(即备份的灭火或飞行仪器系统应设置独立的保护器)。
7.3.4 非重要负载
应对非重要负载(重要或应急负载以外的负载)进行分组控制,一旦可用的电能严重不足,可以方便、
快速地将这些负载断开。
7.4 重要电路的保护
应采用断路器作为重要电路的保护装置,便于在飞行中再次接通电路。在所需的额定容量决定只能选择熔断器时,应给予特殊考虑保证在飞行中能够方便、安全地更换, 因此准备一个合适定额的熔断器(需要时还包括熔断器的取拔器)是非常重要的。在重要和应急电路中使用的所有断路器或熔断器应具有状态指示。遥控断路器应能在控制点或附近指示其跳闸状态。
7.5 继电器与开关的工作次序
当重要电路中有两组以上触点应按照一定的次序动作时,应采取必要的联锁措施保证正确的工作次序。
7.6 线路敷设
线路敷设应按照 SAE AS50881 等相关布线标准的要求进行。
7.7 火区的特殊考虑
7.7.1 防火墙和防火密封连接
发动机防火墙和隔板上应使用符合适航规定的防火连接器。连接器的接触件与电线的连接采用机械连接的方式。其他有关防火连接器和防火墙的要求见 SAE AS50881 等相关布线标准。对防火墙上的电线导管配件也应进行防护,或最好采用钢或钛材料制造。
7.7.2 火警探测电路
在发生火灾期间,为了尽可能保证火警探测电路的长时间正常工作,建议火警探测电路采用防火插头和电线。用来保护电线的导管应具有防火能力, 其材料优选不锈钢。有些火警探测电路并不需要电线导管,可以在火区敞开安装,并采用钢制卡箍支承,应采取措施防止电线被卡箍磨损。安装在发动机防火墙上的红外火警探测器能减少暴露在发动机舱内火区的相关连接器和电线。
7.7.3 防火墙上的过线器件
在防火墙上的穿线环、封严圈和穿墙件应采用防火绝缘材料制造。鉴于这些材料具有各种不同的特性,建议进行强度、振动和耐湿性试验,并符合相关规定。
7.7.4 绝缘材料
某些绝缘体暴露在火焰中时或经受烧灼后,会受到破坏变成导体,因此应进行试验确定这种结果是否对性能产生不利影响。飞机电气绝缘的试验内容见 IEEE 135。
7.7.5 电气设备
在着火条件下要求工作的电气设备应耐火。
7.8 飞行仪表
当要求备份飞行仪表时,系统(包括电源)的单点故障不应导致两组仪表全部失效。
三相仪表电源缺相时,应提供故障指示。
8 多发飞机电源系统的可靠性
8.1 概述
多数情况下,飞机的正常运行和安全依赖于电气系统的可靠工作,即使有 50%的主发动机停车,还应具备足够的电源容量。因此, 只要主发动机作为驱动发电机的动力源,应合理配置发电机,确保发生任何可能的发动机故障后,在所有条件下都能提供维持飞机飞行的电能。
8.2 发电机
8.2.1 发动机低转速状态下的发电机工作
在一些飞机上,电源系统需要将两台发电机安装在一台发动机上。当无法避免这种状况时, 考虑发动机的滑行状态,应安装额外的发电机,只有这样才可确保在发动机低转速地面工作状态下获得足够的电能。
8.2.2 发电机的容量
在任何飞行条件下发电系统的装机容量应至少是所有重要负载运行所需容量的两倍。发电系统装机容量是指在各种飞行状态及特定高度和冷却条件下所有发电机的实际可用容量。考虑并联发电系统并联容限的因素,负载分析给出的电气负载应不超过在地面或飞行中特定条件下的连续或短时容量的85%(负载分析方法参见 GJB 860)。除满足重要设备的供电需要, 剩余容量可用来提高便利性或者增加乘坐舒适度的需求,例如阅读灯、热水器等。 一旦一台或多台发电机失效,由于发电机容量降低,应断开与乘客舒适相关的设备。为了不超过发电机的短时容量,便利性负载也应手动或自动断开。
8.3 布线的隔离敷设
8.3.1 概述
布线的隔离敷设通用要求见 SAE AS50881 等相