飞机电气系统技术分析：数字样机技术引领创新

现代飞机正向着更安全、环保和经济的方向发展，飞机系统的设计日益复杂，对各子系统的性能和可靠性也提出了更高要求。作为飞机的重要组成部分，电气系统（Electrical System，ES）不仅负责为各类机载设备提供稳定的电力支持，还在飞行控制、导航、通讯以及乘客舒适性等方面发挥关键作用。与此同时，随着航空技术的不断进步，对电气系统的设计要求也在持续提升，不仅需要具备更高的功率密度和能效，还必须确保系统的安全性、稳定性和抗干扰能力，以适应现代航空器日益复杂的运行环境和严苛的安全标准。

▲“密布全身”的飞机电气系统
​01.飞机电气系统简介

供电系统：电源系统、配电系统
用电设备：飞行操作系统、电动机械系统、航空电子系统、照明信号系统、防冰加温系统、发动机控制等
电源系统负责电力资源的生产与调节，配电系统主要负责对电力资源进行调配以及管理。飞机用电设备种类较多，如飞行操作系统、电动机械系统、航空电子系统以及照明信号系统等，对飞机正常运行有直接影响。 
02.飞机电气系统技术的分析

遥控配电方式
遥控配电方式用于对飞机电气系统中的部分电力进行远程控制。通过遥控断路器，不仅能够灵活管理特定负载，还可结合配电布线进行有效保护。该方式使主馈电线能够直接延伸至飞机中段，大幅减少线缆重量，同时提升电力系统的运行稳定性和安全性。
电气多路传输方式
随着电气技术的迅速发展，电气多路传输技术在各个领域得到了广泛应用。现代电气系统主要由远程终端、数据处理器以及控制/显示设备组成，能够在运行过程中高效完成电力管理与控制。相比遥控配电技术，电气多路传输技术所需的配电线路总量更少，从而提高了配电系统的工作效率，提升运行的可靠性与安全性。
03.飞机电气系统技术的控制与管理分析

电气控制系统与管理系统的结构方式
从非综合总线结构来看，航空电子系统与电气系统相互独立，数据互不干涉，确保了各自的安全运行。然而，这种方式需要大量模块和接口支持，并且需要铺设额外线路，增加了系统结构的复杂性。 
综合总线结构则将两者连接，使航空机载电子系统能够全面控制电气系统，从而简化线路布局，提高集成度。但这种方式也带来系统重合的问题，可能导致相互干扰，限制系统的扩展性。 
分层总线系统指在电气系统内设置独立的数据总线，并通过内部控制器直接连接航空电子系统。这种方式减少了通信负荷，支持系统扩展，使电气系统与供电系统保持独立。缺点则是需要大量数据总线和接口，导致成本上升。
 
飞机电气系统应具备的功能
负载自动控制
负载自动控制通过固态功率控制器实现电源的通断，而对于大功率负载则采用机电式功率控制器进行控制。该功能通过预设程序对电气系统的供电进行管理，并在执行过程中记录并显示时间信息。
故障保护
当供电系统发生故障时，电气系统应具备自动实施保护的能力，及时隔离故障区域，防止故障蔓延至其他部分。最重要的是，该机制可有效保障飞机的安全运行。
电源自动管理
电源管理系统可自动调控发电量，通常包括两种模式。第一种是在检测到电能不足时，从其他来源调配电能以增加发电量；第二种是在电能充足甚至过载时，将多余电能转移至其他区域或调整发电量。这两种模式相互融合，共同优化电源管理，确保飞机电气系统的稳定性和安全性。

▲飞机电气系统控制管理及网络架构图-以B787飞机为例
 
​基于数字样机技术的飞机电气系统
随着飞机系统的设计日益复杂，数字样机技术逐渐成为飞机电气系统设计和优化的重要手段。数字样机通过将飞机电气系统的各个子系统、组件及其相互关系进行数字化建模，不仅可以模拟系统的工作状态，还能够实时反映系统在各种工况下的表现。这种技术可以帮助工程师在设计阶段就实现对电气系统的全局优化，提高设计的准确性和效率，避免了传统物理样机测试中可能出现的时间和成本浪费，为飞机电气系统的安全性、稳定性和性能验证提供强有力的支持。
 
天目全数字实时仿真软件SkyEye，是一款基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，支持用户通过拖拽的方式对硬件进行行为级别的仿真，建立飞机电气系统的数字样机模型。研制过程中，工程师可不受物理硬件限制，随时访问目标系统，快速搭建虚拟硬件模型并提前进行开发、测试和验证工作，实现高效率、高质量的软件交付。

▲SkyEye界面图
目前，SkyEye已支持通过多领域分布式协同仿真平台DigiThread与MATLAB/Simulink集成进行多领域协同仿真，可有效解决飞机电气研究领域仿真多学科、多领域下的系统协作问题。
 

▲DigiThread飞行器复杂机电系统仿真案例
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