飛機230 V交流供電系統用電線電纜研究

唐愛華

（寶勝科技創新股份有限公司，江蘇 揚州 225800）

0 引言

隨著航空業的發展，航空裝備性能不斷提高。民用飛機的主交流供電系統是在飛機上為各種用電設備提供電力的核心部分。隨著飛機用電設備的增加，現代飛機逐漸向多電/全電發展，使得供電系統在飛機設計中變得越來越重要。在該供電系統中，電線電纜是連接各個關鍵部件的紐帶，其性能和可靠性對整個供電系統的穩定運行十分關鍵。

如今飛機電線電纜市場的需求和供應量日益增加，對電線電纜性能的要求也越來越高，現有的電線電纜材料和制造工藝已經不能完全滿足航空器對高性能、高可靠性電線電纜的需求，探索合適的新型電線電纜材料、結構設計和制造工藝是大勢所趨。通過研究合適的材料、結構和制造工藝，提高電線電纜的電氣性能、熱穩定性能等關鍵指標，進而滿足飛機230 V交流供電系統的需求，將有助于提高飛機的整體性能和安全性，推動航空器技術的進步，為飛機電子設備的安全可靠運行提供重要保障，并為飛機電力系統的發展和改進提供參考。

1 電線電纜在飛機230 V交流供電系統中的作用

飛機系統用電壓種類多，為減小電流，寬體客機采用AC230 V電壓[1]。為滿足飛機各類用電負載需求，機上采用多種二次電源變換裝置，這就極大地增加了飛機配電系統的復雜性。B787供電系統就是AC230 V變頻交流電經ATU、TRU及ATRU三種二次電源變換裝置變換為AC115 V、DC28 V及DC270 V電壓[2]。

電線電纜作為飛機230 V交流供電系統的重要組成部分，起著連接、傳輸電能和保護的關鍵作用。電線電纜將發電機與負載設備連接起來，實現電能的傳輸，滿足負載設備工作所需的電能。通過電線電纜的連接，電能可以從發電機源頭傳輸到各個需要供電的設備，包括飛機的照明系統、通信系統、導航系統等。因此，電線電纜的連接性能直接影響著供電系統的可靠性和穩定性。

在飛機供電系統中，電線電纜需要具備良好的導電性能，以確保電能的高效傳輸。同時，電線電纜還需要具備足夠的電流承載能力，以應對負載設備在工作過程中的高電流需求。因此，電線電纜的導電性能和電流承載能力對供電系統的正常運行具有重要影響。

與此同時，電線電纜在供電系統中還起到保護作用。由于飛機供電系統工作環境的特殊性，電線電纜需要具備良好的絕緣性能，以防止電能的泄漏和損耗。同時，電線電纜還需要具備良好的耐熱性和耐腐蝕性，以應對飛機高溫、高濕等惡劣環境。通過電線電纜的保護，供電系統可以有效防止電能損失和泄漏，提高供電系統的安全性和可靠性。

因此，在設計和使用飛機供電系統時，需要充分考慮電線電纜的選材、連接方式和維護方法，以確保供電系統的正常運行和飛行安全。

2 電線電纜研究

2.1 線纜選材

在飛機230 V交流供電系統用電線電纜的研究中，選材優化至關重要。合適的材料組合不僅可以提高電線電纜的性能，更能確保其在飛行環境下的可靠性和安全性。

對于飛機230 V交流供電系統用電線電纜的選材，尤其要考慮其導電性能。由于供電系統對電能的傳輸要求較高，電線電纜的導電性能必須達到一定的標準。因此，應選擇具有良好導電性能的材料，例如銅、鋁等。這些材料電阻率較低，可以有效降低電線電纜的功耗，并減少能量損失?；诖?，選擇鎳含量27%的鍍鎳銅絞合導體作為230 V高壓線纜的導體，具體參數如表1所示。

表1 導體參數表

在飛行環境下，電線電纜不僅需要適應各種極端環境，如高溫、低溫、高濕等，還應考慮材料耐受復雜機械運動和化學腐蝕等因素，選擇具有良好耐磨性和耐腐蝕性能的材料，以確保電線電纜在使用過程中不易受到機械磨損和化學腐蝕的影響，從而延長其使用壽命。另外，選材時，應選擇具有良好絕緣性能的材料，以確保電線電纜在各種環境下都能保持良好的絕緣性能，以免引發電路故障和安全隱患。除此之外，重量和成本是兩個非常重要的指標，應選擇重量較輕、成本相對較低的材料，以滿足飛機設計要求，并降低制造成本。

為實現飛機230 V交流供電系統用電線電纜的高效運行和長期使用，綜合考慮導電性能、絕緣性能、耐磨性和耐腐蝕性能、重量和成本等因素，通過選材優化，選擇聚四氟乙烯包帶、聚四氟乙烯/聚酰亞胺/聚四氟乙烯復合包帶以及芳綸纖維紗的組合模式，材料的性能參數如表2、3、4所示。

表2 聚四氟乙烯包帶的性能

表4 芳綸纖維的性能

2.2 線纜的結構工藝設計

為了提高飛機230 V交流供電系統用電線電纜的質量和可靠性，采取一系列結構設計及工藝改進措施。產品結構設計示意圖如圖1所示。

圖1 結構示意圖

1）針對電線電纜制造工藝進行優化。通過對生產線的調整和改進，提高生產效率和質量控制。引入先進設備和技術，確保電線電纜的制造過程更加精確和穩定。同時，加強對原材料的檢測和篩選，確保選用優質的材料，提高產品的耐用性和安全性。

2）改進電線電纜的絕緣材料和包覆層。通過使用新型絕緣材料和包覆層，提高電線電纜的絕緣性能和耐熱性能，有效減少電線電纜在高溫環境下的老化和損壞，提高系統的可靠性和穩定性。通過實驗和測試，驗證新材料的性能，并與傳統材料進行對比，證明其具有明顯優勢。

3）改進電線電纜防護措施。為提高電線電纜的抗干擾能力、耐久性和穩定性，增加電線電纜的防護層和屏蔽層，有效降低了電磁干擾和外界干擾對電線電纜的影響。通過實驗和測試驗證防護措施的效果，并與傳統防護措施進行對比，證明其改進效果顯著。

以上工藝改進措施成功提高了飛機230 V交流供電系統用電線電纜的質量和可靠性。

2.3 性能參數及測試結果

電氣性能研究是飛機230 V交流供電系統用電線電纜研究中的重要內容。通過對導線電阻、絕緣電阻和浸水電壓等方面的研究和分析，可以評估電線電纜的性能表現，并為其設計和應用提供科學依據。

1）層疊融封：電纜放置于260 ℃的烘箱中6 h，絕緣層無脫層或層間分離現象。

2）絕緣粘連：電纜放置于260 ℃的烘箱中24 h，相鄰線圈和層之間無粘連。

3）絕緣收縮：電纜放置于290 ℃的烘箱中6 h，絕緣層伸縮量≤2.3 mm。

4）絕緣電阻：絕緣電阻≥1.524×103MΩ·km。

5）浸水電壓：水中浸泡4 h，2.5 kV下保持5 min，無擊穿現象。

6）絕緣可剝性：電線絕緣容易剝離而不損傷導體，任何一層絕緣層的殘留碎片不應超出聚酰亞胺復合帶層的末端0.787 mm，殘留碎片≤0.787 mm。

7）絕緣剝離力：正反兩個方向的絕緣剝離力在0.11～2.72 kg。

8）心軸彎曲：實驗后絕緣不開裂，絕緣層無松散和分離，浸水電壓實驗不擊穿。

9）低溫彎曲：電纜放置于-65 ℃的烘箱中4 h，絕緣不開裂，浸水電壓實驗不擊穿。

10）熱沖擊（溫度沖擊）：（260±2）℃高溫下30 min，（-55±2）℃低溫下30 min，此為1個周期，共4個周期。實驗后絕緣不開裂，絕緣層不松散和分離，絕緣伸縮量≤2.31 mm。

11）高溫壽命：電纜放置于290 ℃的烘箱中500 h，實驗后絕緣不開裂，浸水電壓實驗不擊穿。

12）室溫卷繞：實驗后絕緣不開裂。

13）液體浸沒：樣品放置于航空液壓油等16種航空液體中，實驗后外徑變化率不大于5%，卷繞后電線絕緣層無開裂、裂縫及其他損傷現象，浸水電壓實驗不擊穿。

14）耐潮濕：在70 ℃、95%濕度條件下保持6 h，之后16 h內降溫至38 ℃，此為1個循環，持續15個循環，實驗后絕緣電阻≥1.524×103MΩ·km。

15）可燃性：實驗后，試樣的火焰延燃時間不超過3 s，試樣燒焦距離不超過76 mm，鋪底層面巾紙不被滴落物點燃為合格。

16）耐濕電?。ˋWG20）：實驗后至少總數為70根電線應通過浸水電壓實驗，任一束中耐電壓實驗失效的電線均未超過2根，任一根電線中實際破壞的長度均不超過50.8 mm。

17）耐干電?。ˋWG20）：實驗后至少總數為70根電線應通過浸水電壓實驗，任一束中耐電壓實驗失效的電線均未超過2根，任一根電線中實際破壞的長度均不超過50.8 mm。

18）耐動態切通：在23、150、200、260 ℃條件下切通力均大于11.35 kg。

19）強迫水解：樣品在70 ℃下處理5 000 h，熱處理和未熱處理的樣品均通過浸水電壓實驗。

20）熱指數：按照阿倫尼烏斯方程，推算到260 ℃的熱指數不小于10 000 h，則合格，實際遠大于10 000 h。

3 總結及建議

本文以飛機230 V交流供電系統用電線電纜研究為主題，通過實驗室測試和理論分析相結合的方法，對電線電纜的性能和可靠性進行了研究。通過分析電線電纜的電阻、耐壓、絕緣性能等關鍵指標，并與飛機供電系統的要求進行對比，驗證了本研究所研發的電線電纜具有較高的性能和可靠性，能夠滿足飛機230 V交流供電系統的需求。

該研究的不足之處在于沒有深入探討電纜的耐久性，未來可以考慮對電纜的耐久性進行測試和分析，進一步延長電纜的使用壽命。此外，在選材優化和工藝改進方面，雖然本文進行了初步探索，但仍有進一步的研究和提升空間。未來的研究可以進一步優化電線電纜選材，并改進電線電纜制造工藝，以進一步提高其性能和可靠性。

結合本文的研究成果和不足，提出以下實踐建議：應加強對電線電纜性能和可靠性的監測和評估，建立健全質量檢測體系，以確保飛機230 V交流供電系統的可靠運行。此外，還可進一步探索新的材料和制造工藝，提升電纜的性能和可靠性，以滿足未來飛機電力系統發展的需求。

本文的研究成果和實踐建議對于飛機電力系統的發展和改進具有重要參考價值。