纵观当前市场,航空业正在逐步摆脱化石燃料的限制:混合动力飞机和全电飞机已成为发展新趋势。随着 “低排放”和“碳中和”的需求不断增长,OEM制造商希望在保障乘客需求的同时,满足世界各国的环保目标––这种趋势催生业界对多电飞机(MEA)的关注。

纵观当前市场,航空业正在逐步摆脱化石燃料的限制:混合动力飞机和全电飞机已成为发展新趋势。随着 “低排放”和“碳中和”的需求不断增长,OEM制造商希望在保障乘客需求的同时,满足世界各国的环保目标––这种趋势催生业界对多电飞机(MEA)的关注。

“传统”飞机各大机载系统的动力主要来自于航空发动机,而“传统”航空发动机消耗的正是化石燃料:发动机齿轮箱驱动发电机,为航电、照明和普通机舱电器等机载电力设备提供电力;引气系统利用发动机高压空气为座舱增压系统、防冰系统和空调系统供电;发动机齿轮箱还驱动着液压泵,为飞行控制系统、起落架系统、刹车系统、舱门作动系统及各类滑油泵、燃油泵等机械系统提供动力。在“传统”飞机的发动机子系统和发动机部件领域,派克宇航已积累数十年的产品和设计经验。

飞机设计向多电化方向演变后,以上机载系统的实施方式也将随之改变。无论飞机采用喷气式发动机、混合动力、抑或全电驱动模式,其液压、气动、滑油、燃油系统以及飞控、环控、刹车等系统中使用的机械泵都将被电动泵和电作动器取代。

在多电化发展的初期,以上系统仍将依靠燃气发动机驱动发电机供能;但最终,燃气发动机将被全电马达和电池取代。这一变化将首先从通勤运输机和城市空中交通等小型平台开始,最终推广到全行业。从气动、液压动力转变到电力驱动,电力处理能力和处理效率是关键。多电飞机的系统电压将从28伏直流电和115伏交流电上升到1000伏直流电,所需电力将由发电机和电池组共同提供,需用一套先进灵活的配电系统管理电力需求。

随着电能供需增加,设计上须考虑短路或过载条件下可能引发的重大损害。举个例子,如果270伏锂离子电池发生短路,几微秒内短路线路上的电流就能超过2000安培。目前机上使用的典型电气接口由机械继电器和连接器组成,其设备速度不仅不能防止故障传送,更可能在故障中发生不可逆的熔断。这种现状推动了业界对耐高电压和高功率电力总线的需求。

为回应这项需求,派克宇航流体系统分部开发了一种模块化的固态功率控制器(SSPC)。作为独立使用的单元,SSPC替代了原来的机械继电器或连接器。在大型配电系统中,多个固态功率控制器可以整合为一个固态配电单元(SSEDU)。如果把SSPC想象成一个单独的断路器,那么SSEDU就是包含多个断路器的断路器箱。一个SSEDU可以配置两个或更多的SSPC,每个SSPC提供一条独立的控制通道。

利用先进的碳化硅技术,派克宇航的SSPC采用了模块化架构,延展出适配多种平台的潜力,显著降低设计和验证费用。在多通道配置中,每一个SSPC均可单独编程,也能够与其他SSPC组合使用,从而提供大量的电源开/关构型。在同一个SSEDU中,可配置上电排序、电源及负载隔离、电源布线、电流双向流从而实现电池充放电,且每个SSPC上的电压、电流、温度和其他性能与故障数据均可读取。派克宇航SSPC的原始概念是在配电系统应用中实现一种具备保护和控制功能的模块,且该设计应具有可扩展性和灵活性。

派克已完成对第一代SSEDU的测试。第一代SSEDU设计为8通道,每个通道配置为270伏直流电,电流负载为20至150安培,试验验证了可程控和手动切换控制、可脱开的短路故障缓解、启动和运行阶段过流保护、持续加载热效率及单个通道支持双向电流的功能。研发中的第二代SSPC采用双通道设计,体积更紧凑,质量更轻,热效率更高。全功能演示产品将证明,派克SSPC和SSED适合新一代多电飞机所需的各类控制、保护和拓展性部件应用。