F35的电气系统问题.docx

波音最新的波音787客机投入航班使用不久，就遇到锂电池冒烟起火的问题，加上其他问题，被美国FAA下令停飞，全世界其他国家的波音787也跟着停飞，折腾了几个月后才复飞。这是70年代道格拉斯DC-10客机全球停飞后第一次新的民航客机全球停飞的事情，可见问题之严重。波音787采用锂电池而不用久经考验的镍镉电池，除了锂电池重量轻外，还有放电

电流大、充电速度快的优点。和传统客机相比，波音787是高度电气化的飞机，用电量比同

级传统客机增加5倍，不用锂电池而用传统的镍镉电池的话，重量和体积受不了。无独有偶，战斗机世界里的F-35的机载系统的重量已经两倍于F135发动机的重量，也有很大的用电需求。F-35还没有锂电池的问题，但也有电气系统的问题。

除了传统的雷达、机载电子系统和座舱显示系统等用电大户外，F-35是电控飞机，也就是说，除了起落架、舱门、刹车系统具有有限的液压备份之外，主要飞控没有液压后备，对电力供应需求大，所以采用270伏直流系统，160千瓦容量，10倍于通常的战斗机机载电力系统，大大增加电路发生电弧的危险。由于F-35对电力的高度依赖，机载电力系统的可靠性要求很高，采用四重冗余。传统上，战斗机发动机启动或者维修时机载系统所需电力需要外接电源的供电。民航飞机自备辅助动力系统（AuxiliaryPowerUnit，简称APU），用于在地面发动机不工作的时候提供电力，也用于启动发动机。现代战斗机也开始自带辅助动力系统，使得地勤保障的要求大大降低，有利于提高出动率。另一方面，发动机一旦启动，主发电机就由发动机带动。但在空中一旦发动机停车，需要备用动力帮助启动发动机，并维持基本飞控、航电的继续运行，直到发动机再次启动。F-35采用先进的发动机启动机/发电机（EngineStarterGenerator，简称ESG），在启动发动机时作为启动机用，发动机转动后电磁逆转，改作发电机。ESG有两套，互为备份，但两者装在同一个轴上，形成单点故障节点，可能出现两者同时故障失效的问题。在可靠性设计中，最令人操心的就是单点故障。一旦这个关键点发生故障，一大片系统都会受到影响，而且没有备用系统可以分担。还好即使两台ESG同时故障的话，综合动力系统（IntegratedPowerPack，简称IPP）还可以作为备用动力，可以用于启动ESG。IPP作为备用动力，可以提供80千伏安的电力。IPP也故障的话，还有一个90磅重的锂电池，用于启动IPP，同时锂电池作为不间断电源，对关键电子和电控系统提供断电保护。锂电池具有足够的电力，可以保证迫降所需的飞控动作。传统上采用高压气体，比如F-16采用肼驱动涡轮，作为空中的紧急启动动力。高压气体的存放不仅需要沉重的高压钢瓶，肼还有剧毒，而且易燃易爆，十分危险。采用锂电池作为备用动力比较安全。IPP和ESG的相关技术从90年代开始，以联合一体化子系统技术（JointIntegrated

Subsystems Technology，简称J/IST）的名义在F-16上首先试验。270伏直流系统可以传输更大的功率，直流发电也取消了发电机恒速转动的要求，因此可以取消齿轮箱。

不过这个IPP有奥妙。传统上，辅助动力、备用动力和冷暖空调是各自独立的系统。每一个系统都相当于一个微型喷气发动机，有独立的进气口和排气口。但隐身飞机需要尽量减少机身开口，相似但重复的系统也需要整合。IPP正是这样的整合系统，把备用动力、冷暖空调整合到一起。战斗机上的冷暖空调和座舱加压不仅仅是一个飞行员舒适的问题，也是维持机载系统正常工作的必须。机载雷达和计算机系统需要大容量空调系统，主动电扫尤其需要大功率的冷却能力。IPP将传统上分立的系统整合到一起，减轻了重量，简化了操作和维修。但IPP也成为一个单点故障节点，故障将导致主要航电过热、失去备用发电机、失去座舱加压，在空中出现的话，将导致严重的飞行安全问题。IPP应该具有无故障间隔至少2200小时，但在美国空军的试飞中，已经出现11起必须全换的故障，其中8起是在12个星期里集中出现的，使得无故障间隔降低到不可接受的13小时。

IPP的故障还不是罢工那么简单。2011年8月3日的故障中，IPP发生爆炸，飞出的部件击穿了油箱，迫使全部F-35停飞两星期。肇事部件统统更换了，但如何确保IPP一旦爆炸不至于击穿油箱还没有找到办法。最简单的当然就是对IPP增加保护装甲外壳，确保破损部件不会击穿外壳，但重量代价太大。IPP的更换工序也太复杂，需要48小时连续苦干。低可靠性加上高维修工作量使得IPP需要全面重新设计，对于已经交付