风冷式及液冷式机载电负载系统研究

摘 要：在飞机动力装置定型试飞中，往往需要在载机上加装电负载系统进行模拟加载，以完成对其工作性能的考核。文章从设计方案及工作特点方面对液冷式及风冷式机载电负载系统进行比较。针对风冷式电负载系统的对气动及操稳特性产生不利影响的缺点，引出散热器安装在载机机身内的液冷式电负载系统。然后对这两种电负载系统进行对比分析，剖析其各自的优缺点，并在文章最后进行了总结。

关键词：动力装置定型试飞；模拟加载；电负载系统；负载单元

1 概述

2 风冷式电负载系统

风冷式电负载系统是通过在载机机身外吊挂安装负载吊舱，利用载机飞行中外部冲压空气与吊舱内的电热负载的载体进行强迫通风冷却来实现动力装置的能量消耗[3]。

2.1 设计方案

风冷式电负载系统由负载单元模块、负载吊舱及负载控制柜三个子系统组成。

负载单元模块用于消耗发动机的电功率。负载吊舱用于为电阻模块提供适宜的安装环境，既是电热负载的载体，又是冷却空气的通道。负载控制柜安装在载机机舱内，用于加载模拟负载，并能实时显示发电机工作电压、电流、吊舱壁温。

风冷式电负载系统工作原理如图1所示，系统启动后，电压、电流传感器将发动机发电机的三相电压电流值变换为模拟电压信号或电流信号；通过PLC上扩展的A/D模块将上述信号变为数字量送入PLC控制器中；PLC控制器根据A/D定标参数将数字量化为对应电压、电流值，并输出至负载吊舱里的负载单元。同时，PLC控制器将显示参数信息输出至控制终端，试飞工程师可以据此有选择地加载负载单元。

2.2 风冷式电负载系统特点

风冷式电负载系统具有以下优点：一是控制原理简单明了，操作简便。二是系统占用载机舱内空间小，而且设计消耗功率大。因此吊舱理论外形及尺寸可以根据功能需要进行设计，吊舱负载单元模块的总功率也可以比较大，能满足大功率动力装置试飞模拟加载需求。但是风冷式电负载系统中负责通风冷却的负载吊舱属于大型外挂物，一般挂装在载机机身外气流平稳区域，这将会对飞机的气动及操稳特性产生不利影响。而液冷式电负载系统的散热装置安装在载机舱内，可避免这一缺点。

3 液冷式电负载系统

液冷式电负载系统是通过负载单元对工作液进行加热及散热器对工作液冷却，如此进行不断循环来实现动力装置能量消耗的。

3.1 设计方案

液冷式电负载系统由液冷子系统、负载子系统以及控制子系统三部分组成，其工作原理如图2所示。负载元件将加热器罐组里面的工作液（防冻液或水）加热至某一设定值后，工作泵启动将工作液泵出，送至与大气相通的散热器中完成热能交换，冷却后的工作液又回到储液罐，如此不断循环，消耗负载电能。

液冷子系统主要包括加热器罐组、集液器、工作泵、流量传感器、温度传感器、散热器以及分配阀等。散热器一般安装在载机舱内地板下，通过进气道及出气道与外界大气相通。为了增加系统可靠性，一般都设计主辅电动泵的双裕度结构。负载子系统由加热罐组及负载单元组成，负载单元累加的总功率一般比试飞所需的总功率值要大一些。控制子系统通过各类传感器采集压力、温度、电流、电压、流量等参数的实时数据，对数据进行分析处理输出，试飞工程师依据输出信息监控整个系统的实时状态，并进行模拟负载的加载。

3.2 液冷式电负载系统特点

液冷式电负载系统是把液冷系统和负载子系统整合在一起，整个系统元器件多，系统控制复杂，故障率较高。另外，在载机上加装一套散热器以完成对工作液冷却，必须在飞机结构上开设一个进气口框及一个排气口框，将对飞机造成不可恢复的损伤，这在动力装置的新机试飞中是不可取的，为了避免这一缺陷，飞机试飞改装工程师研制出了一种在试飞过程中无需冷却循环的系统-容积式电负载系统，以及通过将蒸发罐组中的水加热汽化排到飞机外部大气中带走将热量，实现负载电能的消耗的蒸发式电负载系统，由于文章篇幅限制，不再在文中展开讨论。

4 结束语

文章介绍了我国常用的几种机载电负载系统，针对风冷式电负载系统的对气动及操稳特性产生不利影响的缺点，引出散热器安装在载机机身内的液冷式电负载系统，但是液冷式系统存在元器件多，系统控制复杂，故障率较高等缺点。目前风冷式电负载系统已经在我国某型运输机上成功承担过某发动机的科研试飞工作，液冷式电负载系统因其复杂的控制及故障率高等困难还没有完成过完整的研究工作。

参考文献

吕超（1984-），男，籍贯：陕西省咸阳市，工程师，硕士研究生，从事试验机改装设计与研究工作。