航空電源/航空電氣系統實質上是一個獨立的小型電氣系統,包括了航空電源(電能的提供者)、航空電纜(電能的傳輸者)、航空斷路器(電能的分配者)和航空用電設備(電能的消耗者)等。
1903年12月17日,美國的萊特兄弟發明的飛機試飛成功,自此,人類開始觸摸到了天空。而從19世紀60年代開始,第二次工業革命的出現則讓人類社會進入了電氣時代,供電系統和用電設備開始廣泛出現。20世紀早期,由于用電設備的需求,飛機上開始出現了航空電源。但是不同于地面系統,航空電源在設計時往往有三個方面因素的考慮:
1、由于飛機需要在地面以及高空均正常運行,以波音的B787為例,由下圖的速度-高度范圍示意圖可以可看,飛機zui高會達到43100英尺,相當于一萬三千米左右,這個時候的大氣溫度為零下56.5℃,大氣壓為海平面的18%,可以說環境范圍極度惡劣。乘客由于飛機中的環境控制系統可能感覺不到,但是機載設備就沒有這么好的條件了。這個惡劣環境主要會影響到兩個方面,一個是低溫可能會使某些材料失效,一個是低氣壓導致通過空氣冷卻的設備的散熱能力變得很差,有燒壞的風險。
2、為了保證機上人員的安全,需要很高的冗余性?,F代飛機的安全性可以說很高了,2018年的民航空難僅出現了15起,除開前一陣子鬧得沸沸揚揚的B737-max系列,波音和空客的其他客機可以說幾乎沒有出現過事故。這主要是得益于飛機設計時的冗余性的考慮,也就是說對于飛行過程中會起重要的設備,一般都是會有備份的,不至于發生某個部件壞了導致飛機只能墜落的情況。因此航空電源的可靠性較地面電源要高得多。
3、機載設備的重量有著嚴格的限制。飛機通過發動機提供的動力才能夠飛起來,因此飛機越重就會需要越強大的發動機。但是受到科技發展速度的制約,發動機的出力總會有一定的上限。并且根據能量守恒可以知道,發動機出力越大,那么耗油量就會越高,這不僅是經濟性方面的考量,化石燃料的消耗還會帶來環境問題等等。因此我們希望航空電源的重量越輕越好,即功率密度較地面電源要高得多。