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派克漢尼汾PARKER: 固態(tài)功率控制器助力未來(lái)飛行

縱觀當(dāng)前市場(chǎng),航空業(yè)正在逐步擺脫化石燃料的限制:混合動(dòng)力飛機(jī)和全電飛機(jī)已成為發(fā)展新趨勢(shì)。隨著 “低排放”和“碳中和”的需求不斷增長(zhǎng),OEM制造商希望在保障乘客需求的同時(shí),滿(mǎn)足世界各國(guó)的環(huán)保目標(biāo)––這種趨勢(shì)催生業(yè)界對(duì)多電飛機(jī)(MEA)的關(guān)注。

派克漢尼汾PARKER: 固態(tài)功率控制器助力未來(lái)飛行


“傳統(tǒng)”飛機(jī)各大機(jī)載系統(tǒng)的動(dòng)力主要來(lái)自于航空發(fā)動(dòng)機(jī),而“傳統(tǒng)”航空發(fā)動(dòng)機(jī)消耗的正是化石燃料:

- 發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪箱驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī),為航電、照明和普通機(jī)艙電器等機(jī)載電力設(shè)備提供電力;

- 引氣系統(tǒng)利用發(fā)動(dòng)機(jī)高壓空氣為座艙增壓系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)供電;

- 發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪箱還驅(qū)動(dòng)著液壓泵,為飛行控制系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、剎車(chē)系統(tǒng)、艙門(mén)作動(dòng)系統(tǒng)及各類(lèi)滑油泵、燃油泵等機(jī)械系統(tǒng)提供動(dòng)力。

在“傳統(tǒng)”飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)部件領(lǐng)域,派克宇航已積累數(shù)十年的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

派克漢尼汾PARKER: 固態(tài)功率控制器助力未來(lái)飛行

多電化發(fā)展


飛機(jī)設(shè)計(jì)向多電化方向演變后,以上機(jī)載系統(tǒng)的實(shí)施方式也將隨之改變。無(wú)論飛機(jī)采用噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力、抑或全電驅(qū)動(dòng)模式,其液壓、氣動(dòng)、滑油、燃油系統(tǒng)以及飛控、環(huán)控、剎車(chē)等系統(tǒng)中使用的機(jī)械泵都將被電動(dòng)泵和電作動(dòng)器取代。

派克漢尼汾PARKER: 固態(tài)功率控制器助力未來(lái)飛行

在多電化發(fā)展的初期,以上系統(tǒng)仍將依靠燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)供能;但最終,燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)將被全電馬達(dá)和電池取代。這一變化將首先從通勤運(yùn)輸機(jī)和城市空中交通等小型平臺(tái)開(kāi)始,最終推廣到全行業(yè)。

從氣動(dòng)、液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)變到電力驅(qū)動(dòng),電力處理能力和處理效率是關(guān)鍵。多電飛機(jī)的系統(tǒng)電壓將從28伏直流電和115伏交流電上升到1000伏直流電,所需電力將由發(fā)電機(jī)和電池組共同提供,需用一套先進(jìn)靈活的配電系統(tǒng)管理電力需求。

派克漢尼汾PARKER: 固態(tài)功率控制器助力未來(lái)飛行

新需求催生新方案

隨著電能供需增加,設(shè)計(jì)上須考慮短路或過(guò)載條件下可能引發(fā)的重大損害。舉個(gè)例子,如果270伏鋰離子電池發(fā)生短路,幾微秒內(nèi)短路線路上的電流就能超過(guò)2000安培。目前機(jī)上使用的典型電氣接口由機(jī)械繼電器和連接器組成,其設(shè)備速度不僅不能防止故障傳送,更可能在故障中發(fā)生不可逆的熔斷。這種現(xiàn)狀推動(dòng)了業(yè)界對(duì)耐高電壓和高功率電力總線的需求。

為回應(yīng)這項(xiàng)需求,派克宇航流體系統(tǒng)分部開(kāi)發(fā)了一種模塊化的固態(tài)功率控制器(SSPC)。作為獨(dú)立使用的單元,SSPC替代了原來(lái)的機(jī)械繼電器或連接器。在大型配電系統(tǒng)中,多個(gè)固態(tài)功率控制器可以整合為一個(gè)固態(tài)配電單元(SSEDU)。如果把SSPC想象成一個(gè)單獨(dú)的斷路器,那么SSEDU就是包含多個(gè)斷路器的斷路器箱。一個(gè)SSEDU可以配置兩個(gè)或更多的SSPC,每個(gè)SSPC提供一條獨(dú)立的控制通道。

派克漢尼汾PARKER: 固態(tài)功率控制器助力未來(lái)飛行

利用先進(jìn)的碳化硅技術(shù),派克宇航的SSPC采用了模塊化架構(gòu),延展出適配多種平臺(tái)的潛力,顯著降低設(shè)計(jì)和驗(yàn)證費(fèi)用。


SSPC的部分特性如下:

- 每個(gè)通道均具備高速度、高效率、高功率密度的特性

- 高速故障緩解及總線重置

- 可編程的I2T故障保護(hù)

- 浪涌電流緩解(用于高電容輸入載荷)

- 低RDSon效率大幅提升

- 雙向和雙極SSPC選項(xiàng)

- 離散量輸入或通信總線控制

- 支持ARINC 429、Mil-Std-1553、CAN及其他總線


SSPC的倍增效益

在多通道配置中,每一個(gè)SSPC均可單獨(dú)編程,也能夠與其他SSPC組合使用,從而提供大量的電源開(kāi)/關(guān)構(gòu)型。在同一個(gè)SSEDU中,可配置上電排序、電源及負(fù)載隔離、電源布線、電流雙向流從而實(shí)現(xiàn)電池充放電,且每個(gè)SSPC上的電壓、電流、溫度和其他性能與故障數(shù)據(jù)均可讀取。

派克漢尼汾PARKER: 固態(tài)功率控制器助力未來(lái)飛行


派克宇航SSPC的原始概念是在配電系統(tǒng)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)一種具備保護(hù)和控制功能的模塊,且該設(shè)計(jì)應(yīng)具有可擴(kuò)展性和靈活性。成品SSPC模塊不僅符合概念,更提供超越技術(shù)規(guī)范的額外收益:

? 減少研發(fā)費(fèi)用(NRE)和研發(fā)時(shí)間

? 減少平臺(tái)取證成本和取證時(shí)間

? 在跨平臺(tái)和應(yīng)用中,可基于通用的子部件用相似性進(jìn)行取證

? 降低對(duì)關(guān)鍵組件或關(guān)鍵供應(yīng)商的依賴(lài)

? 提升集成新技術(shù)的可行性

? 能夠在多個(gè)應(yīng)用中使用相同的零件號(hào)

派克已完成對(duì)第一代SSEDU的測(cè)試。第一代SSEDU設(shè)計(jì)為8通道,每個(gè)通道配置為270伏直流電,電流負(fù)載為20至150安培,試驗(yàn)驗(yàn)證了可程控和手動(dòng)切換控制、可脫開(kāi)的短路故障緩解、啟動(dòng)和運(yùn)行階段過(guò)流保護(hù)、持續(xù)加載熱效率及單個(gè)通道支持雙向電流的功能。

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研發(fā)中的第二代SSPC采用雙通道設(shè)計(jì),體積更緊湊,質(zhì)量更輕,熱效率更高。全功能演示產(chǎn)品將證明,派克SSPC和SSED適合新一代多電飛機(jī)所需的各類(lèi)控制、保護(hù)和拓展性部件應(yīng)用。


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