CN115912604A - 一种直升机防除冰配电控制系统 - Google Patents

Abstract

一种直升机防除冰配电控制系统，包括电源切换接触器、接触器A、接触器B、逻辑控制模块和电流/电压检测模块，其中：机上28V直流与30W的28V转5V的电源模块连接，实现机上28V直流为电加热旋翼防除冰配电架构供电；5V电源模块与多通道AD芯片、MSP430单片机、光耦隔离芯片、达林顿驱动阵列和继电器连接为上述设备供电；多通道AD芯片与MSP430单片机连接，将数字信号发送至MSP430单片机；防除冰控制器与RS422通讯模块连接，RS422通讯模块与MSP430单片机连接，将数据通过RS422通讯模块发送至MSP430单片机；MSP430单片机与RS422通讯模块连接，RS422通讯模块与防除冰控制器连接，将数据通过RS422通讯模块发送至防除冰控制器；MSP430单片机与达林顿驱动阵列连接，达林顿驱动阵列与继电器连接。

Description

一种直升机防除冰配电控制系统

技术领域

本发明专利涉及一种直升机电加热旋翼防除冰配电控制设计，涉及一种直升机防除冰配电控制系统。

背景技术

直升机在-20℃～0℃的环境中飞行时，空气中的水汽或者冰晶会在机体表面或旋翼上凝结成冰块，如果冰块不能及时除去则直升机的振动加大，进而威胁直升机的飞行安全。

目前国内主流直升机的均采用电加热的形式进行旋翼除冰，但是，目前没有如何保障防除冰系统能够获得稳定可靠的供电的方案。

发明内容

本申请提供一种直升机防除冰配电控制系统，保障防除冰系统能够获得稳定可靠的供电，防止因电源系统故障导致旋翼防除冰系统失效。

技术方案：一种直升机防除冰配电控制系统，包括电源切换接触器、接触器A、接触器B、逻辑控制模块和电流/电压检测模块，其中：机上28V直流与30W的28V转5V的电源模块连接，实现机上28V直流为电加热旋翼防除冰配电架构供电；5V电源模块与多通道AD芯片、MSP430单片机、光耦隔离芯片、达林顿驱动阵列和继电器连接为上述设备供电；多通道AD芯片与MSP430单片机连接，将数字信号发送至MSP430单片机；防除冰控制器与RS422通讯模块连接，RS422通讯模块与MSP430单片机连接，将数据通过RS422通讯模块发送至MSP430单片机；MSP430单片机与RS422通讯模块连接，RS422通讯模块与防除冰控制器连接，将数据通过RS422通讯模块发送至防除冰控制器；MSP430单片机与达林顿驱动阵列连接，达林顿驱动阵列与继电器连接，将控制指令通过达林顿驱动阵列控制继电器；继电器与电源切换接触器连接，将收到的MSP430单片机的控制指令来控制电源接触器接通或断开；电源切换接触器与1#交流电源系统和3#交流电源系统连接，将1#或3#交流电源系统的115V三相交流电供给至接触器A；电源切换接触器与接触器A连接，将收到的115V三相交流电供给至主桨加热组件；2#交流电源系统与接触器B连接，将2#交流电源系统的115V三相交流电供给至电源切换接触器B；接触器B与尾桨叶加热组件连接，将收到的115V三相交流电供给至尾桨加热组件；1#交流电源系统与2#交流电源系统连接，1#和2#交流电源系统互为备份，即当某一交流电源系统故障由另一未故障的交流电源系统为其供电的负载供电。

具体的，电源切换接触器、接触器A、接触器B和电源系统故障信号均与光耦隔离芯片连接，光耦隔离芯片与MSP430单片机连接，光耦隔离芯片将电源切换接触器的工作反馈信号、接触器A的工作反馈信号、接触器B的工作反馈信号和电源系统故障信号发送至MSP430单片机。

具体的，分压采样电路与桨叶加热组件连接，将主/尾桨叶加热组的交流电压采集，分压采样电路与运放跟随电路连接，实现高阻抗输入和低阻抗输出，运放跟随电路与有效值采样芯片连接，将采集的交流电压转换成直流电压，直流电压经过运放跟随电路发送至多通道AD芯片。

具体的，霍尔传感器与桨叶加热组件连接，将主/尾桨叶加热组件电流采集，霍尔传感器将采集的电流信号转换成直流电压，霍尔传感器与运放跟随电路连接，将直流电压通过运放跟随电路发送至多通达AD芯片。

具体的，正常情况下由控制器向逻辑控制模块发送检查指令，逻辑控制模块控制接触器使主桨和尾桨加热组件工作，通过测量的电压和电流数据评估主桨和尾桨加热组件是否完好。如果加热组件完好则根据直升机是否处于结冰环境中，来判断是否需要进行旋翼防除冰。

具体的，进行旋翼防除冰时，由1#电源为主桨加热组件供电，由2#电源为尾桨加热组件供电

具体的，当1#电源系统失效，逻辑控制模块收到电源系统故障信号，由逻辑控制模块控制电源切换接触器使3#电源系统为主桨加热组件供电。

具体的，当2#电源系统故障时，由于直升机电源系统的转化由1#电源系统为2#电源系统的负载供电，此时逻辑控制模块控制电源切换接触器使3号电源系统为主桨加热组件供电，从而实现当单套电源系统故障时，旋翼防除冰系统仍能正常工作。

综上所述，本申请提供一种直升机防除冰配电控制系统，针对双电源或多电源类型的直升机，该架构可以实现旋翼防除冰系统在不同电源系统之间进行切换，同时当某一电源系统故障时，该控制架构能够保证旋翼防除冰系统仍可以正常工作，同时该架构能够实时检测主桨和尾桨加热供电的电流和电压，进而对桨叶加热组件进行健康管理，从而提高了系统的可靠性、测试性和鲁棒性。

附图说明

图1为本申请提供的一种直升机防除冰配电控制系统的结构示意图。

具体实施方式

本专利所述架构基于115V三相交流电源系统，同时交流电源系统包含多套独立的交流电源系统，本专利设计针对电加热防除冰系统设计了一种配电控制架构。该架构可以实现对主桨和尾桨加热的同事还能够保证系统在单套电源系统故障的情况下，仍可以保证旋翼防除冰系统正常工作，电加热旋翼防除冰配电控制架构

下面结合附图作进一步详细说明。

如图1所示，本申请提供一种直升机防除冰配电控制系统，包括电源切换接触器、接触器A、接触器B、逻辑控制模块和电流/电压检测模块，其中：机上28V直流与30W的28V转5V的电源模块连接，实现机上28V直流为电加热旋翼防除冰配电架构供电；5V电源模块与多通道AD芯片、MSP430单片机、光耦隔离芯片、达林顿驱动阵列和继电器连接为上述设备供电；多通道AD芯片与MSP430单片机连接，将数字信号发送至MSP430单片机；防除冰控制器与RS422通讯模块连接，RS422通讯模块与MSP430单片机连接，将数据通过RS422通讯模块发送至MSP430单片机；MSP430单片机与RS422通讯模块连接，RS422通讯模块与防除冰控制器连接，将数据通过RS422通讯模块发送至防除冰控制器；MSP430单片机与达林顿驱动阵列连接，达林顿驱动阵列与继电器连接，将控制指令通过达林顿驱动阵列控制继电器；继电器与电源切换接触器连接，将收到的MSP430单片机的控制指令来控制电源接触器接通或断开；电源切换接触器与1#交流电源系统和3#交流电源系统连接，将1#或3#交流电源系统的115V三相交流电供给至接触器A；电源切换接触器与接触器A连接，将收到的115V三相交流电供给至主桨加热组件；2#交流电源系统与接触器B连接，将2#交流电源系统的115V三相交流电供给至电源切换接触器B；接触器B与尾桨叶加热组件连接，将收到的115V三相交流电供给至尾桨加热组件；1#交流电源系统与2#交流电源系统连接，1#和2#交流电源系统互为备份，即当某一交流电源系统故障由另一未故障的交流电源系统为其供电的负载供电。

具体的，电源切换接触器、接触器A、接触器B和电源系统故障信号均与光耦隔离芯片连接，光耦隔离芯片与MSP430单片机连接，光耦隔离芯片将电源切换接触器的工作反馈信号、接触器A的工作反馈信号、接触器B的工作反馈信号和电源系统故障信号发送至MSP430单片机；

具体的，分压采样电路与桨叶加热组件连接，将主/尾桨叶加热组的交流电压采集，分压采样电路与运放跟随电路连接，实现高阻抗输入和低阻抗输出，运放跟随电路与有效值采样芯片连接，将采集的交流电压转换成直流电压，同理直流电压经过运放跟随电路发送至多通道AD芯片；

具体的，霍尔传感器与桨叶加热组件连接，将主/尾桨叶加热组件电流采集，霍尔传感器将采集的电流信号转换成直流电压，霍尔传感器与运放跟随电路连接，将直流电压通过运放跟随电路发送至多通达AD芯片。

具体的，正常情况下由控制器向逻辑控制模块发送检查指令，逻辑控制模块控制接触器使主桨和尾桨加热组件工作，通过测量的电压和电流数据评估主桨和尾桨加热组件是否完好。如果加热组件完好则根据直升机是否处于结冰环境中，来判断是否需要进行旋翼防除冰。

具体的，进行旋翼防除冰时，由1#电源为主桨加热组件供电，由2#电源为尾桨加热组件供电。

具体的，当1#电源系统失效，逻辑控制模块收到电源系统故障信号，由逻辑控制模块控制电源切换接触器使3#电源系统为主桨加热组件供电；

具体的，当2#电源系统故障时，由于直升机电源系统的转化由1#电源系统为2#电源系统的负载供电(即此时1#电源系统为尾桨加热组件供电)，此时逻辑控制模块控制电源切换接触器使3号电源系统为主桨加热组件供电，从而实现当单套电源系统故障时，旋翼防除冰系统仍能正常工作。

电加热旋翼防除冰的配电架构由两种电源供电分别是机上的28V直流电和机上1～3号115V/400Hz交流电。同时逻辑控制模块主要通过RS422总线与防除冰控制器进行通讯，将防除冰配电架构的各个单元的状态及桨叶加热组件的电压和电流发送至防除冰控制器。机上的28V直流电经过30W的28V转5V的电源模块向MSP430单片机、多通道AD芯片、达林顿驱动阵列、光耦隔离芯片、RS422通讯芯片和继电器供电。1#和3#交流电源分别向电源切换接触器供电，2#交流电源向接触器B供电，然后由接触器A向主桨加热组件供电，由接触器B向尾桨加热组件供电，1#和2#交流电源互为备份。MSP430单片机通过控制达林顿驱动阵列进而控制继电器，然后通过继电器控制电源转换接触器和接触器A，从而实现1#和3#交流电源的切换，实现主桨加热组件的双裕度115V供电。同理MSP430单片机通过控制达林顿驱动阵列进而控制继电器，然后通过继电器控制接触器B，从而实现尾桨加热组件115V供电，其中尾桨的双裕度供电是通过电源系统的互为备份实现的，同时上述接触器均将接触器动作信号通过光耦隔离芯片反馈至MSP430单片机。桨叶加热组件的电压经过分压采样电路然后通过运放跟随，再通过有效值采样芯片将交流电压转换成直流电压，再经过运放跟随电路，最后通过多通道AD芯片将115V的电压模拟量转换成数字量，最后将数字信号发送至单片机，由单片机通过RS422通讯模块将桨叶加热组件的电压值发送至防除冰控制器；桨叶加热组将的电流经过霍尔传感器将电流数值转换成电压值，再经过运放跟随电路将直流电压通过AD芯片转换成数字信号发送至单片，最后再由单片机将桨叶加热组件的电流值通过RS422通讯模块将数据发送至防除冰控制器。因为电加热旋翼防除冰所需的电功率比较大所以当电源系统出现故障时，防除冰系统需要自动将桨叶加热组件卸载。

综上所述，本申请的关键技术主要有以下几点：

a)经过试验验证，结冰环境下可以实现主桨和尾桨的加热组件的配电；

b)经过仿真和试验验证，在单套电源系统故障时，仍可以实现向主桨和尾桨加热组件供电；

c)逻辑控制模块用于当电源系统故障时，防除冰系统的供电在不同电源系统之间进行切换；

d)逻辑控制模块用于控制主桨加热组件和尾桨加热组件的供电；

e)电压和电流检测模块测量的数据发送至逻辑控制模块进行计算，然后逻辑控制模块再将数据发送至防除冰控制器，防除冰控制器的通过专家算法，进而对主桨叶和尾桨的加热组件进行健康监测。

综上所述，本申请的技术效果：

相比目前的电加热的旋翼防除冰的配电控制架构，本专利描述的系统有以下优势：

a)增加电源选择功能可以根据电源系统故障可以灵活的选择供电的电源，无须仅限于单一通道转换；

b)当电源系统故障时，防除冰系统仍可以工作，提升防除冰配电系统的可靠性。

c)通过对桨叶的电压/电流的测量，可以实现桨叶加热组件的健康监测，提高系统的测试性。

文中对专利的原理及实施方式进行了阐述，应当指出，在不脱离本发明原理的前提下，可对其进行若干改进和修饰，但这些改进和修饰也落入本专利权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种直升机防除冰配电控制系统，其特征在于，包括电源切换接触器、接触器A、接触器B、逻辑控制模块和电流/电压检测模块，其中：

机上28V直流与30W的28V转5V的电源模块连接，实现机上28V直流为电加热旋翼防除冰配电架构供电；5V电源模块与多通道AD芯片、MSP430单片机、光耦隔离芯片、达林顿驱动阵列和继电器连接为上述设备供电；多通道AD芯片与MSP430单片机连接，将数字信号发送至MSP430单片机；防除冰控制器与RS422通讯模块连接，RS422通讯模块与MSP430单片机连接，将数据通过RS422通讯模块发送至MSP430单片机；MSP430单片机与RS422通讯模块连接，RS422通讯模块与防除冰控制器连接，将数据通过RS422通讯模块发送至防除冰控制器；MSP430单片机与达林顿驱动阵列连接，达林顿驱动阵列与继电器连接，将控制指令通过达林顿驱动阵列控制继电器；继电器与电源切换接触器连接，将收到的MSP430单片机的控制指令来控制电源接触器接通或断开；电源切换接触器与1#交流电源系统和3#交流电源系统连接，将1#或3#交流电源系统的115V三相交流电供给至接触器A；电源切换接触器与接触器A连接，将收到的115V三相交流电供给至主桨加热组件；2#交流电源系统与接触器B连接，将2#交流电源系统的115V三相交流电供给至电源切换接触器B；接触器B与尾桨叶加热组件连接，将收到的115V三相交流电供给至尾桨加热组件；1#交流电源系统与2#交流电源系统连接，1#和2#交流电源系统互为备份，即当某一交流电源系统故障由另一未故障的交流电源系统为其供电的负载供电。

2.根据权利要求1所述的升机防除冰配电控制系统，其特征在于，电源切换接触器、接触器A、接触器B和电源系统故障信号均与光耦隔离芯片连接，光耦隔离芯片与MSP430单片机连接，光耦隔离芯片将电源切换接触器的工作反馈信号、接触器A的工作反馈信号、接触器B的工作反馈信号和电源系统故障信号发送至MSP430单片机。

3.根据权利要求1所述的升机防除冰配电控制系统，其特征在于，分压采样电路与桨叶加热组件连接，将主/尾桨叶加热组的交流电压采集，分压采样电路与运放跟随电路连接，实现高阻抗输入和低阻抗输出，运放跟随电路与有效值采样芯片连接，将采集的交流电压转换成直流电压，直流电压经过运放跟随电路发送至多通道AD芯片。

4.根据权利要求1所述的升机防除冰配电控制系统，其特征在于，霍尔传感器与桨叶加热组件连接，将主/尾桨叶加热组件电流采集，霍尔传感器将采集的电流信号转换成直流电压，霍尔传感器与运放跟随电路连接，将直流电压通过运放跟随电路发送至多通达AD芯片。

5.根据权利要求1所述的升机防除冰配电控制系统，其特征在于，正常情况下由控制器向逻辑控制模块发送检查指令，逻辑控制模块控制接触器使主桨和尾桨加热组件工作，通过测量的电压和电流数据评估主桨和尾桨加热组件是否完好。如果加热组件完好则根据直升机是否处于结冰环境中，来判断是否需要进行旋翼防除冰。

6.根据权利要求1所述的升机防除冰配电控制系统，其特征在于，进行旋翼防除冰时，由1#电源为主桨加热组件供电，由2#电源为尾桨加热组件供电。

7.根据权利要求1所述的升机防除冰配电控制系统，其特征在于，当1#电源系统失效，逻辑控制模块收到电源系统故障信号，由逻辑控制模块控制电源切换接触器使3#电源系统为主桨加热组件供电。

8.根据权利要求1所述的升机防除冰配电控制系统，其特征在于，当2#电源系统故障时，由于直升机电源系统的转化由1#电源系统为2#电源系统的负载供电，此时逻辑控制模块控制电源切换接触器使3号电源系统为主桨加热组件供电，从而实现当单套电源系统故障时，旋翼防除冰系统仍能正常工作。

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