HB302-2023民用飞机供电系统设计指南(正式版).docx
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1、ICS49.060V40中华人民共和国航空行业标准HB/Z3022023代替HB/Z302-1997民用飞机供电系统设计指南Designguide1.inesforcivi1.aircrafte1.ectrica1.powersystems2023-12-29发布20240701实施中华人民共和国工业和信息化部发布目次I范围12规范性引用文件I3术语和定义14设计依据15系统设计25.1 设计内容25.2 顶层设计25.3 供电系统45.4 电海容做55.5 电源55.6 配电95.7 电磁效应防护145.8 供电特性165.9 安全性195.10 可卷性205.11 维修性215.12 测试
2、性225.13 电遨兼容性235.14 运输性235.15 经济性236用电设备设计246.1 用电设备与供电系统的兼容性246.2 电气特性要求246.3 典型用电设备266.4 供电适应性试验要求277适航符合性方法278验证288.1 验证方法288.2 验证检出物28参考文献30木文件按照GB/TI.1-2020标准化工作导则第1部分:标加化文件的结构和起草煜Wn的规定起草.本文件代替HB/Z30219974民用飞机佻电系统设计指南3“本文件与国/Z302-1997的主要技术差用在于:a)增加了设计依据;b)增加了系统顶层设计、变续电源、同态配电、复合材料机体按地回路、程电池等相关内容
3、:C)删除/供电特性的具体指标要求.增加了影用供电特性参数因素的相关内容Id)增加了对用电设备的要求;C)指加了系统验证要求.说注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的密任.本文件由中国航空统台技术研究所fin.本文件起草单位I西北工业大学、中国新飞上海飞机设计研究院、中国航空综合技术研究所、中国民航大学.本文件主要起草人:郑先成、张晓斌、王宏般、杨溢伟、陈琨、林志昆。原指南HB/Z3021997民用飞机供电系统设计指南于1997年首次发布.民用飞机供电系统设计指南1范B1.本文件规定了民用飞机供电系统的设计和验证要求及方法.本文件适用于民用运输类飞机,其他飞机可参考
4、使用。2提范性引用文件下列丈件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款,其中,注H期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件: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。GBrr30203飞机电气系统特性GJB181飞机供电特性GJB860飞机电气负税和电源容分析HB6167.18民用飞机机载设备环境条件和试脸方法第18部分:电源输入试脸HB6167.19民用飞机机载设备环境条件和试脸方法第19部分:电压尖岬试验HB8412民用飞机系统电搭接通用饯求HB441民用飞机供电系统通用要求HBM8民用E机电气系统E行试脸要求HB20326机载用电设备的供电适应性试
5、5金方法HByZ421民用E机机战系统和设得软件合格审定保证指南IIB.Z403电气过流保护器件的选用和应用指南中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准3i(CCAR-25R4)中国民用航空总局2011年11月7H民航总局令第209号3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。供电系统设计主要考虑以下要求:a)飞机总体对供电系统的设计要求;b)相关适航要求,适航规章中适用于供电系统设计的相关条款包括:I)CCAR-25-R425.899电搭接和防静电保护:2)CCAR-25R43)CCAR-25-R44)CCAR-25-R425.1310电源容量和分配:25.1351电气系统和设得总则:25
6、.1353电气设备及安装:5)CCAR-25-R425.1355配电系统:6)CCAR-25R425.1357电路保护装置:7K,CR-25-R4S25.IO预防伤书:8)CCAR-25-R425.1362应急状态供电:9)CCAR-25-R425.1363电气系统试脸:10)CCR-25-R425.1365电气设在、马达和变压器。c)动力装置选型对电M系统的影响:d)机载用电设备的配置和用电要求;O机致用电设备的电气特性:D供电系统和设备的环境条件和要求;g)供电系统和设名的可髓性、维修性、测试性、安全性和经济性等要求.5系统设计5.1 设计内容供电系统设计的范用包括膜层设计、电气负载和电源
7、容量分析、电液系统设计、配电系统设计、供电特性要求及其他与电气有关的设计等.5.2 MW5.2.1 求定义甯求是产品或服务的可识别的、强制性的特征,供电系统设计必须满足或执行相应的需求。供电系统需求分为功能性需求和非功能性需求,其中功能性衢求定义供电系统可执行的行为,非功能性需求定义完成特定的功能性备求所要施加的限制.供电系统需求定义来源可从以下方面考虑,但不限于以下几项:a)供电系统的用户制求,包括各机致用电系统、机组人员、地面服芬人员和地勤人员等:b)飞机分配的儒求,满足如下顶层需求:1)供电系统应保证在飞机各种状态下,用电设备的容疑、电压、频率、波形等需求:2)供电系统应保证与用电负敦之
8、间能协调、匹鼠和IS定地工作;3)供电系统应实现飞机上的余度供电、容错供电和不中断供电的功储:4)供电系统应具有机内自检测、计算机自动管理和通讯总线传递信息的功能.O适航相关需求,包括CCAR25部、相关咨询通告以及型号专用的适航要求文件等,这些需求应该与电源系统的取证规划中制定的取证基础保持一致:d)行业规范需求,如TS0、DO-160等.供电系统需求定义应按照&机总体规定的需求管理体系执行,并应在专用规范中明确规定5.2.2 方案权备在方案论证阶段,应在多个备选方案中进行选齐,通过分析、仿直、试验等方式对不同供电系统方案进行权衡,确定出隹概念方案。方案权衡应对电源容量、主电源形式、充电通道
9、数年等开展分析,方案权所过程应考虑从以N方面著手:a)确定设计目标优先级,确定密要评估的专业目标,并建立详细的方案权衡分析评估判定准则:b)对每个备选方案进行系统分析工作,包括各类系统的专业工程分析,分析评估的目标包括:方案对系统目标的实现程度,包括各类型性能、系统特性和约束条件,包括除了技术特性,还包括费用、进度、风险等项目管理因素:O堪F设计目标优先级、相关判决标准和各类专业分析报告,进行权衡分析,获得权衡分析报告,选择最优的概念方案.供电系统方案权衡应通过各类分析得出Ai优的方案,并形成系统权衡分析报告.5.2.3 架构与if1.成供电系统架构设计需考虑如下除Wha)系统架构必须满足适用
10、于供电系统的适航条款;b)系统架构必须实现飞机级设计需求;c)系统接口关系定义必须明确:d)系统柒构需考虑将来的升级和犷展:O系统架构需考虑成熟度高、具有一定运苕经5金的设计方案.5.2.4 安餐布供电系统安装布置设计的遵循飞机总体设计要求.并满足相应的适航条款要求.a)供电系统电气设备的安装应遵循如下原则:1)电气设备的安装,必须使任何一个部件或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:2)电气设备安装设计时应根据E机和系统安全性鬟求,单独考虑或与其他系统和设得一起考虑布置方案,使得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为极不可能.且发生任何降
11、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为不可能:3)电气设备的安装设计应保证在各种可预期的运行条件(必须考虑临界的环境条件)下能完成预定功能:4)所安装的母项设符其种类和设计与预定功能应相适应。需用标牌标明其名称、功能或使用限制,或这些要素的适用的组合,应按对设备规定的限制进行安装,且安装后功能正常。b)供电系统电气设备的布置应遵循如下原则:U除由动力装置和辅助动力装置驱动的发电机外,电气设备一般集中布置于飞机各电子电气设备舱内:2)电气设备布置应考虑系统的安全性要求:3)电气设备布置应考虑设备间的冗余要求,以使将区域安全影响及特殊风险影响程强降到G低;4)电气设备布置应根据
12、布置环境及设备尺寸给出合理的安装空间,安装空间应不小于设饴最大外形尺寸加上维护与通风所要求的适当距离;5)电气设备布更应考虑拆装及推移时的使用工具状态,提供适当的操作空间,使维修人员有较合理的姿态:6)电气设备布置要求应格故障猱率高、预防性维脩的婉繁程度高、调整工作困碓域拆装时间较长的设备部件布置尸可达性好的位汽.;7)放热圻大的设备应尽豉布置在冷却效果好的地方或结合飞机设爵舱的冷却方式给出特殊冷却要求:8)电气设番的布郎应考虑导线连接关系,以尽可能缩短导线的长度以便减重:9)电气谀备布置应满足电磁赧容性要求.5.2.5 仿真分析评估系统仿也分析作为一种设计工具,可用于供电系统方案设计、详细设
13、计、性能分析验证、故障分析等多个方面,德的缩取系统的研制周期及成本,仿JX工作从需求定义、需求确认、再到需求粉证,从设计、持故、道航审定到G终的运营阶段,都具有重要的意义,根据仿JX目标对象和场景的不同,将仿真分为功能和性能仿真.其中,功能仿真用于对系统逻辑功能设计分析,确认系统设计是否实现了预期的功能:性能仿真用于系统电气特性设计分析,确认系统设计是否达到预期的性能要求.在飞机不同的研制阶段,系统仿真发挥不同的作用,a)在方案设计阶段,以系统场景和系统需求为输入,通过建立供电系统功能与性能仿真模型,对不同的系统架构和方案诳行仿我分析,论证方案的可行性,b)在详细设计阶段,以系统场景和初步系统
14、架构为输入,通过供电系统功能与性熊仿真来确定系统架构,并定义供电品质的关键参数,对系统功能及性能需求进行确认.c)在试驱试飞阶段,通过调能供电系统功能与性能仿真模型参数快速模拟各类工况,尤其是一些无法通过试验实现的极端工况,对系统性能进行裟证;同时,试验试飞过程中出现故障时,通过模4!快速进行故障且现和定位,并通过周参快速找到合理的解决方案.无论采用何种仿真工具.对仿真产品的认可首先建立在模型的可信度基咄上.因此要针对特定的仿直内容,对所用的模型进行准确度验证,为此,需要建立模型的掂确度评判标准,主要是针刻某些供电系统运行场景,比较仿真结果和实测结果的差别.供电系统仿我分析应按照规定的仿真体系
15、执行,并应在专刖规应中明确规定.5.3 供电瓶供电系统包含从电源到用电设备输入端的部分,应具有电能产生与变换和传输与分配的功能,电源实现电能的产生与变换,包括一次电源与二次电源:配电系统将电能传输和分配到用电设符输入玷,供电系统应满足下列要求:a)电气系统容业:对于所需的发电容城、电源数目和种类规定如下:1)必须由电气负载分析确定:2)必筑满足CCAR.25R425310条的要求,b)发电系统:发电系统包括电源、主电源汇流条、传输电缆以及有关的控制、询节和保护装X1.发电系统的设计必须符合下列规定:1)电源在单独工作或并联运行时功能正常:2)任一电源的失效或故障均不得造成危险或损咨其余的电源向
16、重要负载供电的能力:3)在任何可能的运行条件下.所有重要负我设备箍的系统电质和短率(如果适用)均能保挣在该设备的设计限制范圉之内:4)因切换、清除故障或其他原因而引起的系统岬变不会使审要负载不工作,F1.不会造成日烟或著火的危险:5)备有在飞行中相应机组成员容易接近的措施.以构各电源与该系统单独断开或一起断开:6)备行指循向相应机组成员指示发电系统安全运行所必需的系统参量,如每台发电机的输出电压和电流。O外部电源:如果备行设施将外部电源接到飞机上,且该外部电源能与除用于发动机起动之外的其他设符相连接,则必须有措施确保反极性或逆相序的外部电源不能向该飞机的电气系统供电:d)无正常电源时的运行:必
17、须通过分析、试验或两者兼用来表明,当正常电源(除箭电池之外的电源)不工作、燃油(从起火和重新起动能力考虑为临界状态,且飞机最初处于最大审定高度的情况下,飞机旎按目视飞行规则安全飞行至少五分钟.电气系统中满足下列条件的部分才可以帕蹑通:1)包括导线束或接线自起火在内的单个故障不会导致必失断开部分和接通部分:2)接通部分在电气上和机帔上与断开部分隔离.注:本条要求与CGAR-254425.1351的要求一致。5.45.4.1 电“量和分配电源容量和分配应按下列要求:a)对于型号合格审定或运行规章所要求的,井需要用电的每个袋置均为电源的“曳要负数”.在可能的运行条件和可能的持续时间内,电源和系统应能
18、将提供电源给b列负战:D系统正常工作时连接到系统的负教:2)在任何一个主驱动器、电源变换或储能装湿失效后的充要负载;3)在下列失效后的重要负载:一一双发飞机的任何一代发动机:.三发或以上发动机飞机的任何两台发动机.4)在任何一个电源系统、配电系统或其他用电系统失效或故障以后,需要一个备份电源的重要负数.b)判断是否符合木条a)的2)和3时,可以假定电源仇软按与经批准的运行类别的安全性相符合的监控程序降低,时于三发或三发以上飞机,双发不工作条件时不是可控飞行所必须的负我可以不考虑.注:混要求与CcAR-斯R425.1310的要求一制针对备份或冗余系统和设;,湎足上述Q的要求时,电路之间的隔离应将
19、引发相关系统电路或供电多重失效的单个事件的风险降到最低,如应隔离电缆束或液压管跖束,以防止时主系统和普代系统及供电设饴造成损害。5.4.2电气负和电容量分析应参照GJB860的规定进行负我统计和电源容收分析,以确定供电系统在飞机的所有工作状态下提供的电源容量,并应考虑负段增长引起的附加容从需求.应对发电、变换、应急和起动i殳备的容量分别给予分析。外部电源的容量应根据地面维护时用电设备的要求,通过电气负载分析确定.5.5电源5.5.1 电源的设电源一般包括主电源、辅助电源、二次电源、应急HI源和外部电源等.电源役设应满足下列要求:a)至少有一个电源从主发动机提取功率:b)如果装有辅助动力装置,可
20、以有独立的辅助电源,辅助电源一般在地面使用,但.在限定的高度范困内也具有空中工作的能力:C)可以根据用电设备对交汽流功率的需求设置二次电源:S通常设置应急电源以满足应急状态供电整求:e)至少可用一个外部电源向机上供电,作为大多数胞面维护工作的电源;O电源系统的设计容录应具有足够的余信,以允许负我的增加。5.5.2 主5.5.2.1 主电IK形式主电源形式段包括恒版交流电源系统、变频交流电源系统、高直流电源系统和低压直流电源系统。a)恒频交流电源系统是指采用祖合传动发电机发电的电源系统.组合传动发电机中的恒速传动装置,将发动机粕出的变化转速朴换为怛定礼速,然后期动同步交流发电机。b)变城交造电源
21、系统是宜接由发动机洒过变速装置系动发电机的电源系统.根据发动机的转速范用不同,变频电源系统可分为窄变频电源系统和宽变频电源系统.c)直通电源系统可分为低压直流电源系统和高压直流电源系统.低K直流电源要统通常由发动机通过附件机BI宜接驱动省流发电机流电源系统可以由同步发电机、开关磁阻发电机或永尚发电机等将发动机输出的机械功率找化为电功率,然后经过功率变换袋置输出高压直流电功率,6.6.2.2主IUK”计主电源系统设计,首先霜要根据E机倒战需求统计与计tr结果,确定发电机容Jft需求;其次猫要根据飞机安全性的设计衢求,通过功能危险性分析确定电源系统通道设置,确定发电机通道配置和数技.比外,需要考虑
22、如下因素:a)发电机容量和数fft选取应考虑与动力装置间的机械接口匹配性:b)发电机数fit通常应为偶数:c)发电机应具有互换性:d)一个电诃的失效应不影响飞机正常飞行:O每个单独的电源应是自主的和拽立的.电源娱统应在内部提供全郃的励磁.控制保护和指示所新要的功率,并且与发电机的输出功率无关:f)为防止发生多由故障,电源之间、汇流条之间和控制保护电路之间必须能附岗:g)系统必须提供必要的余度和备份容量:h)主电源调压点电压敏感线应果用解蔽线.5.5.2.3主电保护5.S.2.X1便述主电源保护功能一般包括过压、欠乐.过施、欠频、过电流、差动电流、相序错误、跳相、宜渔分fib相间不平盒、励越机励
23、役故障和旋转二极管短路等故咫的保护,具体的保护特性由专用规范确定.6.5.23.2过E过压保护应考虑IU)在电压收照电路中应能破飕高相电压,并具仃高和限制;b)变吸交流电源系统在发电机高速运行突卸大负我时,瞬态峰值电压可能会危容用电设备安全,可以通过浦加快速响应的过Jk抑制器米抑制这种瞬时高电乐:C)发电机非正常过FE通常是由电乐谡节环节故障引起的.由电压词节故障而引起过压状态时.应能断开发电机屈出.5.5.2.3.3欠压欠压保护应考虑:a)发电系统欠压通常是团子发电机故障、电压调节环节故阵、过我或短路引起的。由干发电机或电乐谑W环节故的而达到欠球趺间极限时椀断开发电机输出:消除过我或短路故障
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