F-35“闪电Ⅱ”联合攻击机电力系统解析

来源:微博@萌之领主小蝴蝶 

??F-35的采用了一套名为高度综合化的综合动力系统(IPP)的电力系统。整个电力系统的主要电力来源为两台发电机,既从主发动机通过传动轴连接至两侧的额定功率为80千瓦峰值功率120千瓦的直流发电机。额定输出电压为270伏的直流电,两台发电机将输出电力接入位于机体两侧的名为1#&2#的直流电网。

主发动机两侧各有一台名为SR S/G的开关磁阻电机/起动机。其中一侧的SR S/G串联着一套名为飞机电源和热管理系统The aircraft power and thermal management system的系统,简称PTMS。

该套系统有以下四种主要的运行模式:
1.自启动模式(SSM)、
2.主引擎启动模式(MES)、
3.冷却模式(CM)、
4.应急发电模式(EPM);
5. 其他辅助模式组成。

当飞机动力和热力管理系统(PTMS)处于自启动模式时,系统中的SR S/G 起动机使用来自飞机电池的电力获得运转动力,压缩机处于开放模式运行,压缩机出口的空气被送至燃烧室,空气经过加热后被送往动力涡轮。动力涡轮与压缩机处于一根轴上,发电机与冷却风扇通过一根轴相连,两根轴通过一个可控制开断的滑套相连接。当涡轮动力转速达到一定转速后,发电机既能稳定的输出电力,动力和热力管理系统则将进入自我维持模式。这时飞机通过消耗燃油来获得电力。此模式下发电机能提供飞机地面检测所需要的电力以及为后续的主发动机启动模式提供相应的电力,此时飞机最大供电能力为80千瓦。此模式类似于其他飞机的辅助动力系统(APU)工作模式。


当PTMS处于主引擎启动模式时,飞机通过持续燃烧燃料来获得动力
当PTMS处于主引擎启动模式时,飞机通过持续燃烧燃料来获得动力。

当PTMS处于主引擎启动模式时,飞机通过持续燃烧燃料来获得动力,并通过配电网络将电力提供给另外一侧的SR S/G电机,SR S/G电机此时处于电动机模式,带动主发动机运转。当主发动机运转到一定转速时,既能通过油泵给主发动机点火,主发动机则启动完毕。

当主引擎启动完成后,PTMS将进入冷却模式(CM)下工作,处于这种模式工作时,PTMS的燃烧室将停止使用,PTMS的动力涡轮由高压压气机相连的引气管压缩空气驱动,压缩机处于半闭环控制。如压缩机处于关闭状态时,压缩空气通过风管热交换器(FDHX),而进一步膨胀而进入冷却涡轮。来自涡轮出口的部分冷却空气则被输送至驾驶室用于增压以及空气调节。剩余的冷空气则将用于冷却航空电子设备以及飞行关键设备和其他由液冷冷却的热负荷的热交换器。一个单独的气流也提供给压缩机入口,以取代用于座舱冷却和增压的空气。这种“补充空气”是通过一个单独的风扇管热交换器冷却后从高压压气机中获得的。


在飞行中主发动机发生故障,PTMS则自动将进入应急发电模式。
在飞行中主发动机发生故障,PTMS则自动将进入应急发电模式。

如果在飞行中主发动机发生故障,PTMS则自动将进入应急发电模式。在此模式下,压缩机将旁通阀打开,类似于主引擎机启动模式。压缩机则将空气与飞机高压气瓶存储的压缩气体一起泵入PTMS的燃烧室,应急燃油系统将燃气喷入燃烧室燃烧。经过加热膨胀后的高温高压气流驱动动力涡轮继而带动整个PTMS的发电机组从新恢复供电以及让PTMS整个涡轮系统处于稳定工作状态。PTMS将持续的为飞机关键的设备进行供电,并将发电机处于应急模式能额外提供40千瓦的供电能力。并让另外一侧的SR S/G电动机带动发动机从新恢复运转。


这套由霍尼韦尔公司开发的飞机动力和热力管理系统(PTMS)将辅助动力单元(APU)、应急动力单元(EPU)、环境控制系统(ECS)和热力管理系统(TMS)的功能集成在一个集成系统中
这套由霍尼韦尔公司开发的飞机动力和热力管理系统(PTMS)将辅助动力单元(APU)、应急动力单元(EPU)、环境控制系统(ECS)和热力管理系统(TMS)的功能集成在一个集成系统中。

这套由霍尼韦尔公司开发的飞机动力和热力管理系统(PTMS)将辅助动力单元(APU)、应急动力单元(EPU)、环境控制系统(ECS)和热力管理系统(TMS)的功能集成在一个集成系统中。对于F-35飞机来说,与使用单独的“联合”二次动力系统的配置相比,这种方法大大减少了飞机的整体尺寸和重量。未来的飞机采用新的更多的电力架构(MEA)和节能飞机(EEA)的倡议可能也会受益于这种综合方法,但它们也可能需要增加发电能力,更大的冷却能力和更高的运行效率。此外,这些飞机可能需要一个自适应电源和热管理系统(APTMS),可以重新配置,以优化各种飞行条件、不同的任务和用于各种平台的操作。为了满足这些未来飞机的需求,需要结合新技术和架构,进一步集成其他飞机系统,并考虑采用更先进的控制和保护算法。????

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