多电飞机大功率高压直流起动发电机系统研究与实现

起动发电（SG）一体化是多电飞机（MEA）和全电飞机（AEA）机载主电源系统的重要特征与关键技术。高压直流电源（HVDC）系统输出不受交流电频率约束，电机可工作在更高转速从而提高功率密度，且易于并联提高供电可靠性，已经成为飞机电源系统的重要发展方向。提出三级式高压直流起动发电系统架构，阐述了其组成和工作原理，分析了发电和起动模态下永磁发电机（PMG）、励磁机（ME）和主电机（MG）的运行特性，以及发电模态下励磁机的恒流源和电流放大器特性；研究了起动模态下主电机的转矩产生机理和影响因素以及励磁机单相交流励磁特性。研制成功120 kW/270 V高压直流起动发电机系统，构建起动发电一体化实验平台，完成了发电及发动机模拟起动运行实验，实验与仿真结果一致，为大功率高压直流起动发电系统在新一代飞机上的应用奠定了理论和技术基础。     

飞机270V电源系统结构及仿真技术研究

在总结国内外飞机供电系统仿真研究的基础上,以270V高压直流电源系统为研究对象,利用LabVIEW软件开发先进飞机电源系统的演示软件。通过演示结果,验证了先进飞机电源系统的供电逻辑关系。结果表明,文中针对某型先进飞机供电系统建立的供电逻辑关系是有效的。该系统可以模拟设置电源系统的各种故障,并模拟保护动作,演示系统动态重构方案,确保飞机电源系统的可靠运行。此外,该供电系统还有很好的扩展性,为其它型号飞机供电系统的工程设计提供了一定的参考。     

苏-27飞机电源系统

苏-27飞机电源系统的主要功用是向飞机上用电设备提供交、直流电能,保证机上交、直流用电设备能够正常工作。苏-27飞机电源系统主要包括:交流供电系统;直流供电系统;地面供电系统。     

多电飞机混合储能系统的设计与仿真

多电飞机直流配电系统是电功率传输的核心,由于涡轮电机的单向性,系统并不完全可逆。为了维持直流汇流条的稳定、提高能源效率,需建立相应的存储和消耗系统。研究了一种带有超级电容器的多电飞机储能系统,分析了该系统中超级电容器的作用及其控制策略,根据超级电容器本身的特性利用Matlab/Simulink软件建立相应仿真模型,并针对于飞机电网突加和突卸负载时电压不同状态设计了相应控制策略,通过仿真实验验证了带有超级电容器的混合储能系统的有效性。     

基于VB的飞机电源系统控制与显示半实物仿真平台研究

以波音737NG飞机电源系统供电逻辑为研究对象,分析供电网络交流和直流分配原理及切换逻辑,采用VB.NET软件编写系统工作动态仿真程序,使用单片机COM通信实现VB上位机程序与1:1大小驾驶舱P5面板实物的动作联调,从而实现波音737NG飞机电源系统原理展示以及驾驶舱操作与显示功能展示。     

机载供电系统双余度控制器的容错控制

介绍双发（Twin-engines）系统的战斗机的机载供电系统控制器的设计和实现。机载供电系统控制器是管理飞机的供电系统的航空电子设备,是飞机供电系统的核心设备,肩负飞机安全的使命。为了提高控制器的可靠性和灵活性,放弃传统的模拟方法,使用先进的数字化技术实现对飞机供电、配电系统的管理。在设计中为了提高可靠性,使用主动复制的容错技术,设计了双余度控制器,在发生单通道错误的情况下,整个系统能够正确工作。对机载供电系统控制器容错技术进行了研究,包括双余度系统的管理策略、同步控制机制、余度管理和故障综合、信号比较监控和通道切换逻辑。     

突风气象条件下电动飞机电推进系统 PI控制参数的设定方法

电动飞机电推进系统采用高效永磁同步电机作为主驱动,配备矢量控制器。飞机在巡航过程中不可避免地会遭遇突风,影响飞机的稳定飞行。通过建立电动飞机在巡航阶段遭遇突风时的空气动力学模型和电推进系统的动态响应数学模型,并对模型进行求解,给出了突风气象条件下电推进系统速度PI控制参数的设定方法。以某双座电动飞机的电推进系统为研究对象,采用MATLAB仿真和样机地面试验对速度PI控制进行了仿真分析和试验测试,对比了未考虑和考虑突风气象条件下的速度PI控制器的动态特性。仿真和样机试验结果表明:当飞机遭遇突风时,采用考虑突风气象条件的速度PI控制参数可以有效地降低螺旋桨的转速波动范围。     

分布式电推进飞机动力系统评估优化方法

以电推进飞机的动力系统作为研究对象,开展了以下研究工作：采用电力系统潮流计算方法,分析了采用高压直流供电体制的分布式电推进飞机电气系统,模拟了其在稳定运行状态与断路故障状态下的能量流动关系,同时分析了直流电压等级对电气系统的影响。搭建了完整的分布式电推进飞机动力系统仿真模型,依据基于时间和基于高度的飞行剖面,对比分析了纯电推进与涡轮电推进架构在推进功率、推进效率与航程3个评价指标上的优劣。建立了动力系统典型部件的参数化模型,并使用符号规划算法对建立的参数化模型进行了优化计算,比较了传统涡轮推进与涡轮电推进架构下动力系统质量与燃油消耗率间的优化权衡关系。研究结果为分布式电推进飞机混合动力系统的设计提供了有价值的正向设计方法。     

基于多电飞机的先进供电技术研究

阐述了多电飞机的特征,对多电飞机供电系统先进技术进行了研究,探讨了基于多电飞机的电气系统结构、电源系统、配电系统、负载自动管理技术等。     

飞机高压液压管路系统特性研究

本文对飞机高压液压管路系统动态特性的研究内容、研究方法进行了综述,阐明了目前研究飞机液压管路系统动态特性的策略,指出了为实现高压液压系统装备飞机应解决的关键技术。     

用于航空高压直流电源系统的笼型异步发电机控制策略的研究

 现代电力电子技术的发展使得笼型异步发电机能够适用于航空高压直流系统中。着重对笼型异步电机与电力电子变换器结合构成的发电系统进行了研究,说明了采用直接转矩控制策略可使这种发电系统具有很好的动态特性。介绍了异步发电机直接转矩控制的原理与实现方法,并给出了仿真与实验结果。     

基于等效时间的混合储能系统高功率密度优化配置

越来越多的电力电子装置应用到多电飞机（MEA）电力系统中,导致MEA用电负荷功率呈现脉动特性,采用混合储能系统（HESS）平抑负荷功率脉动。为减少HESS重量,提出了一种高功率密度的优化配置方法。为建立负荷功率与储能介质之间的关系,提出了等效时间（ET）的概念,比较两者的ET常数作为储能系统类型选取的依据。进一步提出空间矢量法,采用能量型储能介质矢量和功率型储能介质矢量合成负荷功率,确定最优单体和截止频率,实现了HESS高功率密度配置。同时,从能量约束和功率约束两个方面进行HESS的容量的计算。最后,通过算例配置和仿真分析验证了本文所提方法的可行性和正确性。     

新支线飞机供电系统航电接口仿真器设计

为了满足新支线飞机ARJ21供电系统地面独立试验的需要,设计了用于模拟航空电子系统、发动机系统等与电气系统之间相关接口功能的仿真器,为电气系统提供其它飞机系统的仿真信号并指示供电系统的运行状态.为验证供电系统的各项性能提供支持.实际运行结果表明在新支线飞机ARJ21供电系统的12种状态下仿真器对导光板和供电系统的控制逻辑正确,对电源系统简图页和EICAS信息指示合理,通过ARINC429总线与各发电机控制器的通信正常,各项功能与飞机系统设计一致,完全能够满足飞机供电系统综合试验的要求.     

Fault-tolerance wide voltage conversion gain DC/DC converter for more electric aircraft

In this paper, a fault-tolerance wide voltage conversion gain DC/DC converter for More Electric Aircraft (MEA) is proposed. The proposed converter consists of a basic Cuk converter module and n expandable units. By adjusting the operation state of the expandable units, the voltage conversion gain of the proposed converter could be regulated, which makes it available for wide voltage conversion applications. Especially, since mutual redundancy can be realized between the basic Cuk converter module and the expandable units, the converter can continuously work when an unpredictable fault occurs to the fault-tolerant parts of the proposed converter, which reflects the fault tolerance of the converter and significantly improves the reliability of the system. Moreover, the advantages of small input current ripple, automatic current sharing and low voltage stress are also integrated in this converter. The working principle and features of the proposed converter are mainly introduced, and an experimental prototype with 800 W output power has been manufactured to verify the practicability and availability of the proposed converter.     

A novel integrated self-powered brake system for more electric aircraft

Traditional hydraulic brake systems require a complex system of pipelines between an aircraft engine driven pump (EDP) and brake actuators, which increases the weight of the aircraft and may even cause serious vibration and leakage problems. In order to improve the reliability and safety of more electric aircraft (MEA), this paper proposes a new integrated self-powered brake system (ISBS) for MEA. It uses a hydraulic pump geared to the main wheel to recover a small part of the kinetic energy of a landing aircraft. The recovered energy then serves as the hydraulic power supply for brake actuators. It does not require additional hydraulic source, thus removing the pipelines between an EDP and brake actuators. In addition, its self-powered characteristic makes it possible to brake as usual even in an emergency situation when the airborne power is lost. This paper introduces the working principle of the ISBS and presents a prototype. The mathematical models of a taxiing aircraft and the ISBS are established. A feedback linearization control algorithm is designed to fulfill the anti-skid control. Simulations are carried out to verify the feasibility of the ISBS, and experiments are conducted on a ground inertia brake test bench. The ISBS presents a good performance and provides a new potential solution in the field of brake systems for MEA.     

Power management and distribution system for a more-electricaircraft (MADMEL)

A five-phase Power Management and Distribution System for a More-Electric Aircraft (MADMEL) program was awarded by the Air Force to Northrop/Grumman Military Aircraft Division in September 1991. The objective of the program is to design, develop, and demonstrate an advanced electrical power generation and distribution system for a More-Electric Aircraft (MEA). The MEA emphasizes the use of electrical power in place of hydraulics, pneumatic, and mechanical power to optimize the performance and life cycle cost of the aircraft. This paper presents an overview of the MADMEL program and a top-level summary of the program results, development and test of major components to date. In Phase I and Phase II studies, the electrical load requirements were established and the electrical power system architecture was defined for both near-term (NT-year 1996) and far-term (FT-year 2003) MEA application. The detailed design and specification for the Electrical Power System (EPS), its interface with the Vehicle Management System, and the test set-up were developed under Phase III. Phase IV, fabrication and testing of the subsystem level hardware, has been completed. Overall system level integration and testing, Phase V, is scheduled to be completed by September 1999