交付符合最新标准和规定的飞机和各种航空电子设备越来越困难。如今,对于一架商用飞机来说,由数百个线路可替换单元、数百英里长的电线和平台所有部分的独特配置组成的平台必须满足许多认证要求,这并不罕见。随着电气系统内容和复杂性的增加,在设计、验证或合规过程中的一次更改可能会使整个程序处于危险之中。随着电气化和设计复杂性的增加,航空航天原始设备制造商(oem)需要寻找新的方法来降低合规风险。

航空航天工业的主要趋势

两个关键趋势正在塑造航空航天行业。首先,提高使命要求正在升级平台性能要求。无论是延长商用飞机的双引擎范围还是增强使用远程控制的无人机,OEM客户都需要更大的使命能力。

第二个趋势是电气化。Platform开发人员越来越多地实现了电动功能的功能。这些电气启用功能包括自动陆地和飞行中的娱乐(IFE)。此外,电气方法正在取代现有功能的机械,气动和液压实现;例如,逐线系统,电子飞行仪器系统(EFIS)和组合视觉系统(CVS)变得普遍。现在,更多的电机(MEA)已成为当今商业和防御飞机的主要主题并不奇怪。

虽然航空航天行业在将电子和电气系统引入现代平台方面取得了巨大进展,但它将平台电力需求推向新的水平。统计数据显示,在今天的现代化飞机上,过去50年的功耗增加了10倍(图1)。飞机中的发电和集成电气技术增加了多种能力,例如航空公司客人娱乐系统和用于设备使用和充电的USB端口;然而,这些电气应用增加了飞机的功耗。

符合性能和认证要求

在商业方面,航空航天原始设备制造商必须符合与类型认证相关的规定。同样,防御平台提供商必须证明他们满足了与客户验收相关的性能要求。事实是,由于如此复杂,按时交付飞机——并满足所有性能和认证要求——在今天变得更加困难。

用于满足飞机认证的目前的方法是非常不足的。今天的许多方法和他们的供应商都在简单电气系统的时代开发回来。这些过时的方法很慢,乏味,并且经常依靠物理交流信息。关键数据以碎片,使用多个图纸,文档,Excel电子表格和数据库的碎片方式传递给另一个团队。此外,数据通常是手动重新输入以进行验证检查和分析。

先进电气系统的复杂性,加上手工抄写的错误,可能会导致工程师错误地分析或忽略设计的关键部分。通常,这些遗漏的元素直到同行评审或认证包提交后才被发现,此时电气系统已基本完成。这可能导致重大且昂贵的设计迭代、项目延迟(包括飞机重新设计)、重新集成和现有飞机的修改——最终影响飞机收入和上市时间里程碑。最后,报表生成是一个漫长而乏味的手工过程,通常使用基于电子表格的工具手工进行。

所需要的是一种新的合规性分析,设计验证和报告方法,即易于实现开发人员以满足电气合规性要求,有效地证明它。

MIL-E-7016F军事标准

军事标准MIL-E-7016F专注于在特定飞行阶段的飞机电负载和电源容量的方法和分析。该标准观察所有飞行阶段的负载影响(总线负载)和源电容。MIL-E-7016F还评估AC和DC总线负载,以确保所有必需系统的连接,同时迭代地减少负载。这包括各种飞机总线类型:电机,燃料泵和防冰加热的交流公共汽车;DC公共汽车用于航空电子设备,飞行娱乐和维护电脑;用于备用设备的电池总线,如关键“持续的安全飞行”必备设备;和RAM空气涡轮机(RAT)用于应急发电的公共汽车。

图2。今天的现代飞机必须确保所考虑的设计在每个飞行阶段都有足够的电力供电气系统运行。

虽然它是为国防部(DOD)准备的,但是MIL-E-7016F标准现在为商用飞机应用量身定制,评估所有飞行阶段的最坏情况的电负载组合。图2说明了飞行阶段,从地面维护,启动,热身和出租车到起飞和攀爬,巡航,然后下降和降落 - 即使在紧急情况下也是如此。

SAE-AS50881用于商业

在商业方面,SAE-AS50881涵盖了航空航天飞行器选择、设计和布线、布线设备、线束、光缆和终端设备的安装的所有领域。该规范旨在提供布线系统的安全性、性能、可靠性和生命周期管理,涵盖所有类型的航空飞行器,包括直升机、无人飞机和导弹。该标准描述了设计要求,特别是对线束的安装要求,以及为确保飞机设计的安全性,描述线束(线束的一部分)中线束的降额方法。

今天的飞机必须设计,使电源源在连接或独立时正常函数。在所有必需设备的端子的系统电压和频率必须保持在它们在任何操作条件期间设计的限制范围内。本标准可确保飞机可以在可视飞行规则(VFR)下安全运行,不少于最大认证海拔地区的正常电力系统运行。如果有单个故障,则电气系统的部件可能会保持在且不得导致损耗,如果关闭或打开,并且必须电气或机械地分离和隔离,并且从关闭的部件中隔离。

电负荷分析(ELA)

电负荷分析是保证飞机安全、正确运行的重要手段。电气负载是电路中积极消耗电力的电气元件或部分,如电子设备和灯。ELA评估一架飞机的电气系统负载能力,以确定该系统是否能够提供足够的源容量以在任何飞行条件下运行。这是通过评估飞机在不同飞行阶段的负载需求来实现的。就像在飞机上增加或卸下设备时必须检查重量和平衡一样,必须保证飞机的电气系统为增加的设备提供安全电力的能力。

通过在运行飞行阶段加入施加到电气系统的所有电负载来执行ELA。电源必须提供足够的电源来支持电气设备和相关电源要求。设计团队必须为每个飞行阶段分析每个发电机,整流器,电池和总线,并提供报告以展示监管合规性。

解决复杂性和减轻风险

图3.对于航空航天工业,数字双胞胎,数字线程和基于模型的企业提供关键优势:降低成本和进度超支风险,生产力提高和技术性能改进。

由MIL-E-7016F引导,来自西门子的资本负荷分析仪代表了一种新的方法,可以准确,快速地以可扩展,自动化和连续的方式进行电负载分析。分析执行是如此之快,设计人员可以立即将其施用并探索电气系统的设计。此外,通过询问配置控制的电气数字双床(图3),负载分析仪确保始终评估电气系统设计的正确版本。在一起,这些最大化平台创新,同时降低了计划风险。

图4.资本负载分析仪工具在每个飞行阶段期间生成操作条件的数据表。用户可以看到每个时间间隔的源容量,负载要求,相位不平衡和功率因数。

通过直接访问数字双单,用户可以在按钮的触摸时生成多个分析,加速所需的验证。更重要的是,用户可以在每次添加修改或新的探索性迭代时检查特定变化如何影响电负载和电源管理。这意味着参与电气系统设计的各个方面的团队可以检查,分析,实际上验证系统电源采购,因为设计演变(图4)。团队不再需要等待查看它们是否在集成时有负载管理问题。相反,随着设计的设计,用户可以在节目早期了解。

图5.如果需要进行设计或分析更改,可以使用无需手动数据重新入口更新自动报告,如果需要进行设计或分析,请节省工程团队的时间以满足其计划里程碑的承诺和合规性要求。

为了展示电气系统的合规性,用户可以快速创建来自模板的报告(图5)。这些模板可以拉动实时设计数据,从特定元素分析表,在特定时间间隔期间的负载分析图表,更多。模板还可以拉到第三方数据。这使得可以轻松创建证明遵守性所需的证据。此外,任何时候设计或分析结果发生变化,可以自动重新生成这些报告,更新所有报告数据,无需手动重新入口。这节省了工程师的时间,使其更有可能满足他们的程序里程碑承诺。

随着行业移动到更多电气飞机,今天的工程师需要先进的自动化电负载分析方法,以跟上现代飞机电气系统的复杂性和快速变化。一种新的方法,如西门子资本负荷分析仪,利用直接访问电气系统数字双床,以确保准确,加速执行,并确保评估飞机设计的电流,正确版本。使用自动报告生成具有分析结果的分析结果可以追溯到每个设计伪影,用户可以更快地展示合规性并满足监管和性能要求。

本文是由Anthony Nicoli,航空航天和国防部门撰写的,即西门子数字工业软件,Plano,TX的综合电气系统部门。有关更多信息,请访问这里


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本文首次发表于2019年12月号金宝搏官网杂志。

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