目錄
第1章 概述 1
1.1 航空航天器電氣系統(tǒng)基本概念 1
1.1.1 航空航天器的能源 1
1.1.2 航空航天器供電系統(tǒng)的組成和功用 2
1.1.3 用電設(shè)備 4
1.2 航空航天器電氣系統(tǒng)工作條件 5
1.2.1 氣候因素 6
1.2.2 機械因素 7
1.2.3 化學(xué)和核因素 7
1.3 飛機供電系統(tǒng)的類型、參數(shù)和特性 7
1.3.1 基本類型 7
1.3.2 飛機供電系統(tǒng)的基本參數(shù) 7
1.3.3 飛機供電系統(tǒng)的特性 8
1.4 飛機供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)、容量和基本要求 9
1.4.1 飛機供電系統(tǒng)的工作狀態(tài) 9
1.4.2 飛機供電系統(tǒng)的容量及其選擇 11
1.4.3 飛機供電系統(tǒng)的基本要求 12
1.5 航空主電源系統(tǒng)的發(fā)展 13
1.5.1 低壓直流電源 14
1.5.2 恒頻交流電源 14
1.5.3 變頻交流電源 15
1.5.4 高壓直流電源 16
1.5.5 混合電源 16
1.6 飛機輸配電系統(tǒng)概述 17
1.6.1 飛機配電系統(tǒng)的構(gòu)成 17
1.6.2 飛機配電系統(tǒng)的線制 17
1.6.3 飛機配電系統(tǒng)的要求 18
1.7 航天器供電系統(tǒng)概述 18
1.8 小結(jié) 20
思考練習(xí)題 20
第2章 化學(xué)電源和特種電源 22
2.1 概述 22
2.2 化學(xué)電池的特性參數(shù) 23
2.3 鉛蓄電池 25
2.4 鎘鎳蓄電池 28
2.5 鋅銀電池 30
2.6 鋰電池 33
2.6.1 鋰電池概述 33
2.6.2 典型鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和工作原理 34
2.6.3 鋰電池的特性 39
2.6.4 鋰電池等效電路模型 40
2.6.5 鋰電池在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 42
2.7 燃料電池 43
2.7.1 燃料電池的工作原理 43
2.7.2 燃料電池的特性 45
2.7.3 燃料電池模型 48
2.7.4 燃料電池的分類 50
2.7.5 燃料電池在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 52
2.8 太陽能電池 56
2.8.1 太陽能電池概述 56
2.8.2 太陽能電池的發(fā)電原理 57
2.8.3 太陽能電池的工作原理 58
2.8.4 太陽能電池的等效電路模型及特性曲線 59
2.8.5 太陽能電池在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 61
2.9 空間核電源 62
2.9.1 放射性同位素溫差發(fā)電器 63
2.9.2 核反應(yīng)堆溫差發(fā)電器 64
2.9.3 核反應(yīng)堆熱離子發(fā)電器 64
2.9.4 空間核電源在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 64
2.10 小結(jié) 65
思考練習(xí)題 65
第3章 飛機二次電源 66
3.1 概述 66
3.2 直流-直流變換器 67
3.2.1 單向直流變換器 67
3.2.2 雙向直流變換器 68
3.3 直流-交流變換器 69
3.3.1 直流-交流變換器的類型 70
3.3.2 階梯波合成逆變器 73
3.3.3 三相脈寬調(diào)制逆變器 75
3.4 交流-直流變換器 82
3.4.1 交流-直流變換器概述 82
3.4.2 磁隔離型變壓整流器 85
3.4.3 自耦變壓整流器 93
3.4.4 電子式高頻變壓整流器 95
3.4.5 蓄電池充電器 96
3.4.6 具有功率因數(shù)校正的整流電源 99
3.5 交流-交流變換器 100
3.5.1 循環(huán)變換器 100
3.5.2 矩陣變換器 102
3.6 航空二次電源中的新型電力電子器件 104
3.6.1 碳化硅電力電子器件 104
3.6.2 氮化鎵電力電子器件 106
3.7 航空二次電源中的集成電力電子模塊封裝 108
3.7.1 集成電力電子模塊 108
3.7.2 IPEM 封裝的關(guān)鍵技術(shù) 108
3.7.3 IPEM 封裝的發(fā)展趨勢 112
3.8 航空二次電源結(jié)構(gòu)及冷卻設(shè)計 112
3.8.1 二次電源結(jié)構(gòu)設(shè)計 112
3.8.2 二次電源冷卻方式 113
3.9 航空二次電源電磁干擾問題 113
3.9.1 變換器的電磁干擾 113
3.9.2 電磁干擾的抑制 114
3.9.3 電磁干擾的測試及標準 116
3.10 小結(jié) 117
思考練習(xí)題 117
第4章 航天器供電系統(tǒng) 119
4.1 航天器供電系統(tǒng)的組成和分類 119
4.2 衛(wèi)星供電系統(tǒng) 120
4.2.1 衛(wèi)星供電系統(tǒng)的組成 120
4.2.2 太陽電池陣的功率調(diào)節(jié)方式 121
4.2.3 蓄電池的充、放電調(diào)節(jié) 122
4.2.4 太陽電池陣電源系統(tǒng)的類型 123
4.2.5 太陽電池陣電源系統(tǒng)的控制 129
4.3 載人航天器供電系統(tǒng) 133
4.3.1 載人航天器電源系統(tǒng)的特點 133
4.3.2 國外載人航天器電源系統(tǒng) 134
4.4 火箭電源 136
4.5 航天器固態(tài)配電技術(shù) 138
4.5.1 航天器直流固態(tài)配電 138
4.5.2 航天固態(tài)功率控制器的特點 139
4.5.3 航天器固態(tài)配電應(yīng)用舉例 140
4.6 航天器供電系統(tǒng)的發(fā)展 141
4.7 小結(jié) 143
思考練習(xí)題 143
第5章 飛機低壓直流電源 145
5.1 概述 145
5.2 低壓直流發(fā)電機 145
5.2.1 低壓直流發(fā)電機的結(jié)構(gòu) 145
5.2.2 飛機有刷直流發(fā)電機的工作特性 146
5.2.3 飛機直流發(fā)電機的冷卻 147
5.3 直流發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié) 149
5.3.1 直流發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)概述 149
5.3.2 模擬式電壓調(diào)節(jié)器 151
5.3.3 數(shù)字式電壓調(diào)節(jié)器 156
5.4 直流電源的并聯(lián)運行 158
5.4.1 并聯(lián)投入條件和負載的分配 158
5.4.2 自動均衡電路 159
5.4.3 發(fā)電機與蓄電池的并聯(lián)運行 161
5.5 直流電源的控制與保護 162
5.5.1 直流發(fā)電機的過電壓保護 163
5.5.2 直流發(fā)電機的欠電壓保護 164
5.5.3 直流發(fā)電機的短路保護 164
5.5.4 直流發(fā)電機的過載保護 164
5.5.5 直流發(fā)電機的勵磁過流保護 165
5.5.6 直流發(fā)電機的反流保護 165
5.6 直流起動發(fā)電系統(tǒng) 165
5.6.1 航空發(fā)動機的起動特性和起動要求 165
5.6.2 航空發(fā)動機的電力起動 166
5.6.3 典型的噴氣發(fā)動機起動發(fā)電系統(tǒng) 167
5.7 小結(jié) 170
思考練習(xí)題 170
第6章 飛機恒頻交流電源 171
6.1 概述 171
6.1.1 恒速恒頻電源 171
6.1.2 變速恒頻電源 172
6.2 無刷交流發(fā)電機 173
6.2.1 無刷交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu) 173
6.2.2 無刷交流發(fā)電機的特性與基本參數(shù) 174
6.2.3 無刷交流發(fā)電機的勵磁系統(tǒng) 177
6.3 恒速恒頻電源系統(tǒng) 181
6.3.1 齒輪差動式液壓恒速傳動裝置 181
6.3.2 發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 185
6.4 變速恒頻電源系統(tǒng) 200
6.4.1 交交型變速恒頻電源 200
6.4.2 交直交型變速恒頻電源 202
6.5 飛機交流電源的并聯(lián)運行 206
6.5.1 交流發(fā)電機并聯(lián)條件及其并網(wǎng)控制 207
6.5.2 交流發(fā)電機無功功率調(diào)節(jié)原理及其自動均衡 211
6.5.3 交流發(fā)電機有功功率調(diào)節(jié)及均衡 212
6.6 飛機交流電源的控制 215
6.6.1 單臺發(fā)電機飛機交流電源系統(tǒng)的控制 216
6.6.2 飛機并聯(lián)交流電源系統(tǒng)的控制 216
6.6.3 飛機不并聯(lián)交流電源系統(tǒng)的控制及轉(zhuǎn)換 218
6.6.4 分裂式并聯(lián)系統(tǒng)的控制 219
6.6.5 飛機地面電源(外電源)的控制 219
6.6.6 飛機交流電源不中斷供電轉(zhuǎn)換控制原理 220
6.7 飛機交流電源的故障及其保護 222
6.7.1 單臺交流電源的故障及其保護 223
6.7.2 并聯(lián)交流電源系統(tǒng)的故障及其保護 228
6.7.3 不并聯(lián)交流電源系統(tǒng)的故障及其保護 229
6.8 小結(jié) 231
思考練習(xí)題 232
第7章 飛機變頻交流電源 233
7.1 概述 233
7.2 變頻交流電源系統(tǒng)的影響 233
7.3 飛機變頻交流發(fā)電機及其起動/發(fā)電系統(tǒng) 235
7.4 變頻交流發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 238
7.4.1 基于頻率跟蹤的三相有效值檢測 238
7.4.2 分段PI控制 240
7.4.3 具有負載電流補償?shù)碾p環(huán)調(diào)壓技術(shù) 240
7.5 變頻交流發(fā)電機的過壓故障及余度保護 241
7.5.1 變頻交流電源系統(tǒng)過電壓保護運行過程 242
7.5.2 電源保護控制裝置OPU的功能 243
7.6 變頻交流電源的主電源和輔助電源配置 247
7.7 小結(jié) 249
思考練習(xí)題 249
第8章 飛機高壓直流電源 250
8.1 概述 250
8.2 高壓直流與變頻交流電源系統(tǒng)的對比 251
8.3 高壓直流電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 252
8.4 三級式高壓直流起動發(fā)電系統(tǒng) 254
8.4.1 三級式無刷直流發(fā)電系統(tǒng) 254
8.4.2 三級式無刷直流起動發(fā)電系統(tǒng) 255
8.5 永磁無刷直流起動發(fā)電機 256
8.5.1 永磁同步電機基本工作原理 256
8.5.2 永磁無刷直流起動發(fā)電系統(tǒng) 257
8.5.3 永磁同步電機起動工作原理 257
8.5.4 永磁同步電機發(fā)電工作原理 260
8.6 故障保護策略 261
8.7 開關(guān)磁阻起動發(fā)電機 263
8.7.1 開關(guān)磁阻起動發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 264
8.7.2 開關(guān)磁阻起動發(fā)電機數(shù)學(xué)模型 265
8.7.3 開關(guān)磁阻電機起動工作原理 265
8.7.4 開關(guān)磁阻電機發(fā)電工作原理 268
8.8 電勵磁雙凸極起動發(fā)電機 269
8.8.1 電勵磁雙凸極起動發(fā)電機數(shù)學(xué)模型 270
8.8.2 電勵磁雙凸極起動工作原理 272
8.8.3 電勵磁雙凸極電機發(fā)電工作原理 273
8.8.4 電勵磁雙凸極電機起動、發(fā)電切換工作原理 275
8.8.5 兩種起動發(fā)電系統(tǒng)的對比 275
8.9 先進高壓直流飛機供電系統(tǒng)實例 276
8.9.1 典型高壓直流飛機供電系統(tǒng)實例 276
8.9.2 eVTOL供電系統(tǒng)案例 277
8.9.3 電動飛機 277
8.10 小結(jié) 278
思考練習(xí)題 278
第9章 飛機配電系統(tǒng) 279
9.1 飛機配電系統(tǒng)的基本概念 279
9.1.1 飛機供電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 279
9.1.2 飛機配電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 283
9.1.3 飛機配電系統(tǒng)的控制方式 285
9.1.4 飛機電網(wǎng)的保護 287
9.1.5 余度和不中斷供電 289
9.2 飛機固態(tài)功率控制器 291
9.2.1 飛機固態(tài)功率控制器的功能和性能特點 291
9.2.2 飛機固態(tài)功率控制器的分類 292
9.2.3 直流固態(tài)功率控制器 293
9.2.4 交流固態(tài)功率控制器 297
9.2.5 飛機固態(tài)功率控制器的發(fā)展趨勢 299
9.2.6 機電混合式功率控制器 299
9.3 飛機電網(wǎng)導(dǎo)線計算 300
9.3.1 電網(wǎng)計算的任務(wù) 300
9.3.2 按發(fā)熱來計算導(dǎo)線截面積 301
9.3.3 直流電網(wǎng)電壓降計算 303
9.3.4 交流電網(wǎng)的電壓降和電壓損失計算 306
9.4 機載設(shè)備總線 308
9.4.1 飛機通信總線技術(shù)概述 308
9.4.2 幾種機載數(shù)據(jù)總線 309
9.4.3 AFDX總線 311
9.4.4 TTP總線 314
9.5 飛機電氣綜合管理 322
9.5.1 飛機電氣綜合管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 322
9.5.2 飛機供電系統(tǒng)的機內(nèi)自檢測 324
9.5.3 飛機電氣綜合控制系統(tǒng)的軟件 324
9.6 電能管理 325
9.6.1 電能管理策略基本要求 325
9.6.2 電網(wǎng)管理 326
9.6.3 電氣負載管理 329
9.7 先進客機供電系統(tǒng)實例 333
9.7.1 A380電氣系統(tǒng)概述 333
9.7.2 B787電氣系統(tǒng)綜述 335
9.8 小結(jié) 340
思考練習(xí)題 340
參考文獻 342
注釋表 344