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浅谈飞机的应急供电系统

来源:民航资源网 作者: 赵欢欢 2014-12-01 17:07:57

专业分类飞行

  

  前面看到网络上有位作者写的有关飞机单发停车的文章,感觉写的非常好,坦白地说,在我进入民航之前,也和大多数非专业人士一样,无法想象双发飞机在单发失效的情况下仍然可控安全的飞行,文中甚至有讲到飞机双发停车,失去动力后成功着落的案例。受此启发,这次想跟大家介绍另外一种飞机的紧急情况:飞机失去电源。

  对于空客系列的飞机从A320机型开始便实行电传操作,几乎所有的系统的正常工作都依赖于电,因而电对于空客系列飞机显得尤为重要。你简直无法想象没有电源的庞然大物如何在空中继续飞行。那么飞机何时会失去电源?失去电源后飞机还安全吗?在回答这些问题之前,以空客A330飞机为例我们先了简单解下飞机的电源系统。

  一、正常供电

  一般情况下,当飞机在飞行状态时,由两台发动机带动的2部整体驱动发电机(IDG)独立地向飞机电网供电,此时如果辅助动力装置(APU)开启,但由于供电优先权的关系,APU发电机是不向飞机电网供电的。当某一部IDG失效(含人工脱开),APU发电机将接管故障的IDG,向对应的汇流条供电;当两部IDG同时故障,APU将负责向整个飞机电网提供电源;当APU发电机故障,以及其中一部IDG故障,除自动卸载部分厨房供电外,由正常的IDG向飞机供电。IDG和APU发电机提供的电源参数均有115V伏400赫兹3相交流电源,最大功率为115KVA,这个功率足以满足飞机上所有供电的需求,所以说,即便2个发电机(IDG或APU发电机)失效,有一个发电机正常工作,飞机其他系统用电几乎不受影响,我们把它叫做正常供电。

  二、应急供电

  飞机装备有应急发电机系统,如果飞机正常供电的三个发电机都失效了(发生这种情况的几率很低,但是在设计的时候却不能不考虑),应急发电机系统将为飞机供电。它是由绿液压系统供压驱动应急发电机发电,这里面有两种情况:

  1、飞机正常供电失效,包含两个IDG和APU发电机全部失效,但只要2个绿系统发动机驱动泵(EDP)中有1个是正常工作的,那么绿系统便可以正常供压,驱动应急发电机正常工作,这种情况下可靠性还是比较高的,只要发动机运转,就有源源不断的电源供应。空客A320因应急发电机由蓝系统驱动,蓝系统无EDP,少了这一层备份。

  2、如果情况足够槽糕,比如双发停车,两部绿系统的EDP也失效了,此时飞机没电,想要绿系统电动泵工作是不可能的了,考虑到这种紧急情况,在A330飞机的右大翼下面安装冲压涡轮(RAT),它的原理类似于我们小时候玩过的风车,在满足一定的条件下,RAT可以自动发出,或者人工放出,凭借飞机向前的速度,带动RAT旋转,给绿系统供压,驱动应急发电机工作。这种情况下应急发电机的工作是有限制条件的,RAT的工作对于飞机的空速有一定要求,而且在RAT放出和应急发电机耦合的几分钟内,飞机电网有电瓶短暂的供电,相对于上面EDP供压绿系统可靠性有所降低。

  3、说到电瓶供电,这是飞机供电的最后一道防线。假如情况更坏,飞机上的应急发电机系统也不能工作了,这时需要飞机上安装的2部电瓶通过直交流转换设备静变流机将28伏直流电源转换成115伏单相交流电源,由于容量的关系,静变流机提供的交流电源的功率小,而且维持的时间较短,仅为飞机上重要的系统供电,卸载一些可以失效的系统,机组需要尽快着落。

  在这里,无论是应急发电机供电还是电瓶供电,提供的电源功率都无法与正常供电相比,对于A330飞机来说应急发电机的功率是8千伏安,而静变流机的功率只有2.5千伏安,因此需要对飞机上一些不是那么重要的汇流条卸载,仅保留部分重要系统,具体见文章后面附录。

  在应急供电构型下,一般来说,如飞控、起落架、导航、发动机等重要系统可以保证有限控制功能不受影响,涉及多重备份的重要系统,至少保留一个系统正常。尽管这样,发生电源应急形态时,是十分危险的,需要机组相互配合,严格按照不正常操作程序进行操作飞机,稍有不慎,将酿成严重后果,同时考虑到应急供电的时间有限,安全裕度有限,机组必须尽快着陆。

  三、完全失电

  上面讨论的几种飞机应急供电情况,这些构型飞机电网还是有电的,只是容量有限,或者供电时间有限罢了,可能你会问另外一种情况,整个飞机电网失电,即电瓶的电用光了,还没有降落,这种情况下飞机怎么办?对于电传的空客飞机,保留了一部分的机械备份,用于飞机的俯仰和偏航,机配平手轮通过钢索连接可配平的水平安定面控制俯仰,脚蹬通过方向舵控制偏航(A330飞机方向舵机械控制还是依赖于备用小电源BPS,不能算严格意义的机械控制),这时先进的民航客机将演变为最原始的飞行器,仅有动力和飞行控制系统,如果运气不差的话,顺利降落也是可能的,补充一点,即便是备用机械控制,但也是需要液压辅助,因此失去液压的飞机是万万不能的。

  四、真实案例

  有关飞机应急供电构型的几种情况就介绍完了,鉴于民航飞机的严格的维修标准,先进的可靠性管理,同时发生以上几种故障的概率几乎为零,其中有些情况个人觉得仅存在于裕度设计的考虑,不大可能出现在现实生活中,下面给大家看几个有关飞机供电故障真实案例:

  2014年3月24日一架A330型飞机,由吉隆坡起飞前往韩国首尔仁川国际机场,飞机起飞后发现主供电系统发生故障,启动后备电源系统供电以维持飞行,飞机于24日3时紧急降落香港机场

  2008年1月7日一架波音747-400型客机在高空飞行中突然出现电力系统故障,4个发电机均无法使用。飞机紧急启用了备用电力系统,15分钟后安全降落到泰国曼谷机场。调查显示,飞行过程中,由于水渗入发电机控制中心,致使飞机4个发电机全部无法使用。

  2010年9月7日一架俄罗斯图-154客机在从西伯利亚米尼市飞往首都莫斯科途中,由于电力设备出现故障,飞机完全断电,4名发动机中有3台瘫痪,眼瞅着飞机即将由于失去动力而坠毁,机长通过无线电紧急呼叫地面导航站,然而由于设备故障对方毫无反应。千钧一发之际,他立即下令凭借手动操控加上目测,一路操纵飞机从巡航高度滑翔下降,历经两次失败之后,飞机终于迫降在俄北部科米共和国乌赫塔市伊兹玛村附近的一座废弃机场上。由于这是一座供直升机起降的小型机场,长度仅为1.4公里,加上飞机襟翼失效,飞机高速着陆后冲出杂草丛生的机场跑道,在一片茂密的针叶林中穿行了大约200米后,最后陷在沼泽地中才算停住,机上人员安全。

  三个摘自网络真实的案例,一方面说明发生供电故障时,情况是十分危险的,且变数较大,无论是操作程序的要求还是机组的第一反应都是尽快着陆才最安全;另一方面,飞机是可控的。第三个案例是最危险的了,对俄制飞机的电源系统不太了解,从报道的内容看,飞机发生已经失去通讯、襟翼控制失效这种恶劣的情况,几乎可以理解为飞机失去全部供电了,但是还是依靠一台发动机的动力以及应急的飞行操作让飞机安全落地。

  民航商业飞机有:1.最可靠系统设计,任何重要系统都不是单一裕度的,像供电系统这样严重关乎飞行安全甚至多达四五重备份设计,可以确保在任何情况下系统不会完全失效;2.最科学的维修管理,以可靠性为中心的维修理念包含排故、定期检查,可以将故障消除在萌芽中;3.最严谨的飞行机组,严格落实操作程序,多次地面模拟机培训可以应对各种复杂情况。所以说,飞机本身发生紧急情况的概率就很低,像应急供电、发动机停车这种案例也是很长时间发生一次,就算发生了,凭借飞机的安全裕度设计,以及机组严格的操作程序,也能化险为夷。对于经常乘坐飞机出行的人,最不愿意看到的新闻就是飞行事故,但无论从技术层面还是统计学的角度来说,飞机仍然是当今最安全的交通工具,只是因为每次事故少,严重程度大,才导致受关注度高。最后祝所有的飞行人,平安!

附录:应急构型下飞机重要系统供电情况(摘自A330 FCOM3)


  作者简介:

  赵欢欢,目前供职于东航工程技术公司浦东维修基地,担任空客电子技术支援工程师一职,主要负责空客320、330机型电子技术支援与培训工作,曾牵头排除多起电子系统疑难故障,对空客系列飞机的航电系统以及航电新技术应用较为熟悉。

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