多电飞机电力系统及其关键技术

多电飞机将机载二次能源逐步统一为电能,有效提高了飞机的燃油经济性、可靠性和维护性,已成为航空科技发展的重要方向。作为机载二次能源系统的核心,电力系统在多电飞机发展过程中起到了关键支撑作用。电力系统及其关键技术的创新发展是实现飞机综合性能提升和全局优化的必要基础。本文从多电飞机的基本概念与特点出发,分析对比了典型多电飞机的电力系统架构,在此基础上系统地总结了支撑多电飞机电力系统发展的关键技术,讨论了未来多电飞机电力系统高压、直流和智能化的发展趋势。     

电力飞机的技术进展

电力飞机目前分为两类：电机驱动的金电飞机、内燃机驱动的多电飞机。本文先描述了燃料电池飞机、太阳能飞机、核电飞机的研究现状,进而给出了多电飞机引擎的研究进展,提出了减小飞机电气系统重量的策略。最后指出新能源技术、微电网技术、超导技术、复合材料技术的进步将进一步推动电力飞机的发展。     

多电飞机及其技术应用

多电飞机已经从概念逐渐变成了现实,电气系统已经部分地取代了液压和气动系统,飞机对电能的需求与依赖性越来越高,飞机各系统间的相互依存关系、设计理念都将发生重大转变。与传统飞机相比,MEA/AEA在可靠性、可维修性、生产使用费用、舒适性、系统升级能力、对环境的影响等方面都有质的提高,波音787飞机将多电飞机技术又向前推进了一步,改变了传统飞机设计思路,引领了民航飞机发展方向。     

新型混合励磁电机技术研究与进展

混合励磁电机是对传统单一励磁方式电机的发展,力求综合永磁电机和电励磁电机的优势和特点,有利于减少稀土永磁体用量、拓宽永磁电机调速及调压范围,在航空电源、新能源发电与驱动系统等领域有重要应用前景。本文从励磁结构和磁路原理两个角度对混合励磁电机进行分类和阐述,系统总结了提出的新型转子磁分路混合励磁电机及并列式混合励磁电机的结构原理与运行特点,论述了基于转子磁分路机理发展的混合励磁同步电机不同结构拓扑及其原理,给出了发电/电动运行控制的基本策略与方法。新型混合励磁结构拓扑及控制技术的研究为丰富和发展混合励磁电机技术提供了理论参考与实践指导。     

一种小功率组合式航空发电机

先进的飞行控制系统和机载电子系统设备对轻型飞机电源系统的要求越来越高，电源系统的可靠性将直接影响到轻型飞机的安全性。本文提出了一种适用于轻型飞机的小功率组合式航空发电机方案。这种新型的“永磁─—内封闭导磁体”组合发电机既有永磁发电机的体积小、重量轻、无电刷等优点，又有内封闭导磁体发电机电压可调的优点。在发电机体积重量增加不多的情况下，免除了复杂的直流变换器，使电源系统体积最小、重量最轻，并且提高了系统的可靠性。同时采用晶体管脉宽调制激磁控制方式，使电源系统的稳压性得到提高。     

航空电源航空科技重点实验室

航空电源实验室是在 1 998年立项建设的航空科技重点实验室。该实验室于 2 0 0 1年 6月 1 8日与南航“2 1 1”工程同时通过国家验收。实验室共建有 5个试验单元 ,即航空电源系统试验单元 ,飞机现代配电试验单元 ,电力电子与运动控制试验单元 ,计算机数字仿真试验单元和电源结构与工艺研究试验单元。实验室现阶段的研究方向有 :新型航空电源和起动发电技术 ,现代飞机配电技术 ,电力电子与运动控制技术和飞机供电系统的综合设计与全电多电飞机技术。在“九五”计划期间 ,实验室重点从事大容量飞机变速恒频电源关键技术研究、先进飞机模块化二…     

电动轻型飞机电推进系统选型与参数匹配

电动飞机为实现彻底的绿色航空提供了一条光明的技术途径,作为电动飞机动力和能量的来源,电推进系统的参数匹配对电动飞机环保、节能和高效起到关键作用。首先,本文对电动轻型飞机电推进系统进行了简要概述,并分析了其组成部分的特点。其次,结合目前电动轻型飞机电推进系统的特点,给出了电推进系统选型与参数匹配的设计过程。然后,根据电推进系统各组成部分的特点,提出了一套电推进系统选型与参数匹配的方法,包括螺旋桨的选型与参数匹配、电动机的选型与参数匹配、控制器的选型与参数匹配、电池组的选型与参数匹配,该方法可以为电推进系统的优化设计提供依据。最后,以RX1E电动轻型飞机为例对此方法进行了验证,匹配结果满足设计要求,说明了此方法的可行性。     

飞机电源系统可靠性预计的计算机分析

随着航空技术的迅速发展,对飞机电源系统的可靠性要求越来越高。基于简单系统的可靠性预计方法巳很难满足现代飞机电源系统研究的需要,因此,利用计算机先进复杂系统的可靠性预计研究具有十分重要的意义。 本文根据可靠性理论,分析了飞机电源系统可靠性网络模型的建立;讨论了网络可靠性计算的最小路不交化技术的计算机实现方法及过程,给出了较为详细的计算程序框图。并对一实际的飞机直流电源系统方案的可靠性进行了计算,得到了系统可靠性的变化曲线,为系统的可靠性设计提供了基础。     

南京航空航天大学"航空电源航空科技重点实验室"简介

南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室是我国目前唯一从事航空电源研究与发展的部级重点实验室。 1 998年原航空工业总公司批准航空电源重点实验室建设项目建议书 ,1 999年批准建设可行性报告 ,目前已进入边建设边运行阶段。该重点实验室是从事航空电源应用基础研究、预先研究和新型航空电源产品开发的基地 ,主要研究方向是 :(1 )新型航空电源和起动发电技术 ;(2 )现代飞机配电技术 ;(3)电力电子变换器技术 ;(4)飞机供电系统综合设计和全电与多电飞机技术。实验室正在建设的试验单元有 :(1 )航空电源物理试验单元 ;(2 )飞机自动配电…     

电励磁双凸极电机调速系统的原理与实现

介绍了新型电励磁双凸极电机的结构和原理，然后结合全桥变换器阐述了电励磁双凸极电机的控制方法，接着详细介绍了电励磁双凸极电机转速、电流双闭环控制调速系统的原理和实现方法，最后以一台500W12/8极电励磁双凸极电机调速系统为例进行了系统实验。实验结果表明，电励磁双凸极电机调速系统具有结构简单、控制方便和良好的动静态性能。     

飞机自动配电管理系统电气负载管理技术的研究

飞机配电系统是现代飞机的一个重要组成部分，做好这项研究工作可以提高飞机的供电质量、飞机完成任务的概率以及飞机自身的安全性，减少体积重量及全周期费用，使我国飞机配电技术上一个新台阶。本文就某型双发动机战斗机对电气负载自动管理技术进行了系统研究，研究了一种电气负载管理优先级设置方法，建立了电气负载的控制方程和电气负载的电源请求方程。系统模拟实验结果表明，采用电气负载自动管理技术大大提高了飞机配电系统的可靠性和可维护性。     

一种基于分布式计算机系统的新型飞机配电系统(英文)

尽管分布式计算机系统技术已日臻成熟 ,但在飞机配电系统中的应用正在开始。本文提出了一种基于分布式计算机系统的新型飞机配电系统 ,该系统可以取代传统的常规配电和遥控式配电系统。该分布式计算机系统被称为电气负载管理系统 ( ELMS) ,由 4个电气负载管理中心 ( ELMC)、2个电源系统处理机 ( PSP)构成 ,并通过MIL-STD-1 5 5 3B总线传输数据。文中讨论了该 ELMS的结构及各 ELMC和 PSP的原理、结构。实验表明 ,应用了分布式计算机系统的飞机配电系统具有结构简单、适应性好、易于扩充等优点。     

机载电源系统中用电负载的智能管理

机载用电设备的监控和配电管理是以智能负载管理中心（ELMC）为控制核心，并通过多路传输总线及固态负载功率控制器来转换和保护负载而实现的，同时ELMC双是分布式航空电子系统-航空电源综合控制和管理系统中的主要组成部分。飞机电气负载的智能管理，是利用计算机来代替了飞行人员的操作，进行自动控制和自动管理负载，可大为减少配电系统的电缆长度以及飞行人员的操作负担，改善了现有的配电方式和负载管理方法，提高了飞机供电系统的性能和维护性能。本文研究了EIMC总体结构与组成原理，详细论述了ELMC中各组成模块的功能与硬件设计。整个系统方案通过了实验室原理样机试验。     

飞机自动配电系统建模仿真研究

飞机配电系统的自动化是现代飞机供电系统发展的重要方向。针对目前对飞机自动配电系统建模仿真研究较少的现状,本文建立了完整的飞机自动配电系统仿真模型并进行了仿真研究。以中国国家军用标准(以下简称国军标)飞机供电特性为依据,建立了飞机配电系统中各主要部件以及故障产生模块的数字模型,推导了各部件控制信号的逻辑关系,提出了一种锁定关断控制信号的建模新方法。将所建模型应用于某新型飞机的配电系统中进行仿真,通过对过压、欠压两种故障情况下仿真与实验结果的对比,证明了所建模型能很好实现非正常状态下的保护功能。将所建立的模型略做修改,即可移植到其他飞机配电系统中,可见模型通用性强。     

宽电压输入范围调节/变换装置的建模与仿真

提出了一种适用于未来先进飞机的新型专用电源系统的设计方案，它由永磁同步发电机和宽电压输入范围的变换／调节装置组成。本文利用Matlab工具建立了宽电压输入范围变换／调节装置的仿真模型。另外，还对滤波器的结构和参数对输出直流电压脉动和发电机相电流波形的影响及相电流谐波进行了仿真分析。仿真结果表明，在Boost-buck变换器之前增加滤波器，并不能改善系统直流输出电压脉动情况，反而会造成发电机三相电流谐波含量增大，对发电机产生不利的影响。新型专用电源系统直流电压脉动幅值的控制是靠变换器自身调节实现的。     

飞机变速恒频电源系统可靠性的Monte-Carlo分析

随着电力电子技术的发展,用静止变换器取代机械式的恒速传动装置成为可能,因而出现了变速恒频电源系统。在变速恒频电源系统中,发电机是直接由飞机发动机来传动的。由于发动机的转速不是恒定的,因而发电机输出的交流电的频率也是变化的,故再用变换器把变频交流电变换为恒频交流电。飞机变速恒频电源系统的主要部件有无刷交流变频发电机、变换器和控制器。 一般情况下,变换器和控制器主要由电子元器件组成,其失效参数服从指数分布。但是发电机的失效参数为正态分布,因此,其可靠性的分析研究,用一般的解析方法是困难的。本文分析了飞机变速恒频电源系统的可靠性模型。应用Monte-Carlo方法对某型号飞机变速恒频电源系统方案的可靠性指标(R(t),MTBF)进行了数字仿真,得到了各主要部件的工作模式重要度,为该系统的研制设计提供了理论基础。     

某型飞机交流电源系统改造研究

某系列飞机采用了一台变频发电机，为满足该系列飞机改造的要求，研究了采用变速恒频技术将该机的单相变频交流电源改造为恒频三相交流电源的方案。本文介绍了新型交流电源系统的设计方案和主要设计参数，包括总体方案、发电机工作点选取、功率和电磁部件设计、控制器构成和系统的工作逻辑。采用本文方案研制的电源系统作为某型飞机改型验证机的主交流电源得到了实际应用，该电源系统工作稳定可靠，满足了加装电子设备的需求。     

无人机气液压弹射装置的关键系统设计

无人机气液压弹射起飞是国际上一种先进的无人机发射技术。无人机气液压弹射装置是由许多关键系统组成，其中包括气液压能源系统、滑轮增速系统、滑行小车系统、卸荷控制系统、缓冲吸能系统等等，本文对几个关键系统的设计作了详细的介绍和讨论。本文的研究成果已成功应用于某型无人机系统的研制，也可为其它高速运动机械的设计提供新的思路和方法。