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。     

自动增稳飞机操稳特性的快速评估

针对飞机总体设计阶段对自动增稳飞机设计方案的操稳特性快速评估的需求,开发了一个操稳特性的快速评估系统。实现该系统的步骤是:(1)应用DATCOM计算气动特性数据;(2)利用线性化的动力学方程确定飞机本体的操稳特性;(3)利用Simulink构建包括飞控模型的全机仿真模型并进行仿真分析。各部分功能程序通过iSIGHT软件集成,实现快速自动运行。最后以一种飞翼布局无人机来验证该系统的有效性。研究表明:该系统可以快速进行本体的操稳特性分析、控制律设计以及飞行仿真分析,能满足飞机总体设计的需求。     

多电飞机蓄势待发

多电飞机能使飞机上的能量得到更好地利用,降低耗油量.它的出现不仅将飞机上的许多系统改成以电为动力的系统,而且还要从整机出发,对飞机上的发电和配电系统进行整合和改造.     

多电技术趋势下APU的发展

飞机的舵面、飞控、起落架、仪表等系统由飞机二次能源驱动。目前随着电子电力技术的进步，一些操纵部件由气动、液压系统改为电力操控系统，使飞机技术的发展趋于多电化。多电APU的出现顺应了未来飞机的发展趋势，集成组合动力装置（IPU）是APU发展的一种形式。     

多电飞机飞控系统的技术应用

多电技术的发展为飞控技术的革新带来了新的机遇,多电飞机已经从概念设计变成了实际,液压系统和气动系统部分被电气系统所取代,电能在飞机能源中的需求比例越来越高,飞机子系统的相互交联关系设计方案发生了重要变化。多电飞机采用了功率电传作动器,在可靠性、维修性、容错管理、生产使用成本等方面都有显著的提高,空客A380、美国F35分别将民机和军机多电飞机飞控系统的设计向前推进了一步,改变了传统飞机飞控系统的设计思路,引领了多电飞机飞控系统技术新的发展方向。     

战斗机综合设计仿真系统中的飞控系统模型

通过分析飞控系统各环节对飞机动态特性的影响及第三代战斗机控制律的特点,为战斗机综合设计仿真系统建立了飞控系统模型。该模型是能够反映飞控系统功能的简化模型。通过对飞控系统各项功能与特点的检验,对飞控系统简化模型进行了验证。验证结果表明,所建立的简化飞控系统模型能够满足战斗机综合设计仿真系统的需要。     

宽体客机飞控电作动系统设计

为研究飞控电作动(EPA)系统技术,分析目前服役的国外多电客机空客A380、A350XWB飞控电作动系统、波音Boeing 787飞控电作动系统能源配置、作动器配置及技术特点,提出了国外多电客机飞控电作动系统发展趋势。结合中国电作动研制技术情况,提出中国宽体客机飞控电作动系统2H/2E能源配置方案及电作动系统配置方案,对电作动系统安全性、作动系统电功率、质量进行分析,为中国宽体客机飞控电作动系统研制提供有益参考。     

飞机容损飞行机理与控制方法研究

介绍了美国开展飞机容损飞控研究的基本情况,分析了开展飞机容损飞控研究的必要性,重点阐述了如何建立飞机容损飞控模型、开展飞机容损飞行仿真和构建飞机容损飞控系统等内容。     

民机方向舵伺服作动系统频率特性分析研究

现代飞机越来越多地采用电传飞控技术,相较机械系统具有便于多功能综合、易于实现主动控制的优势。舵回路作为电传飞控系统的重要组成部分,用于执行控制指令实现舵面偏转,其控制特性对飞行品质影响至关重要。就某民机方向舵伺服作动系统进行频域特性的分析研究,建立数学模型,仿真分析其频域特性,并通过铁鸟综合实验台验证仿真结果。     

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。     

基于可用能的多电飞机能量利用率分析方法

为了分析复杂多电飞机系统的能量使用情况,将模块化系统建模与可用能分析方法相结合构造出一种能量利用率分析方法。利用该方法将多电飞机系统分成动力、电力、液压、机体、防冰除冰、环境控制和座舱等子系统,在完整巡航任务剖面内计算各子系统可用能的分配和使用情况,分析相同飞行状态下不同子系统以及相同子系统在不同飞行状态下的能量利用率。所采用的燃料可用能计算公式不仅考虑了化学能还考虑了燃烧状态的影响。结果显示,多电飞机中可用能损失主要发生在发动机中,液压作动系统紧随其次;防冰除冰单元在飞机盘旋阶段的可用能效率较低,在起飞着陆阶段效率较高。     

飞机总能量控制系统的研究Ⅰ——原理分析与系统设计

飞机总能量控制是一种全新的综合飞行/推力控制技术,从控制飞机总能量的变化与分配出发,全面解决纵向飞行轨迹控制与速度控制之间的耦合问题;进而建立起一体化的综合飞行控制系统。用多变量系统解耦控制理论研究了这种控制系统,首先分析了总能量控制的基本思想,建立起包含飞机纵向姿态控制回路和发动机推力控制回路的飞机质点能量运动模型,然后利用输出反馈和V规范型前馈解耦策略,对此系统进行解耦分析,设计出能实现飞行轨迹与速度间解耦控制的总能量控制律,并确定出系统的设计条件;最后以波音(Boeing)707飞机为对象,进行了具体的系统设计。     

一种电动飞机电推进系统的能效优化方法

电动飞机依靠电推进系统为飞机提供所需的动力,而电动飞机蓄电池的能量密度制约了飞机续航能力的提升。在蓄电池能量密度受限的条件下,进行电推进系统能效优化,提高电推进系统效率,降低电推进系统损耗,对增加飞机的续航时间具有重要意义。以某双座可调定桨距螺旋桨电动飞机电推进系统为例,依据飞机的飞行任务剖面搭建了飞机电推进系统在起飞及巡航阶段的系统损耗模型,以可调定桨距螺旋桨桨矩角为优化变量,以飞机完成一次飞行任务剖面能耗最小为目标,提出一种适于可调定桨距螺旋桨电动飞机电推进系统的能效优化方法。为了验证该方法的有效性,搭建样机测试平台,进行了样机试验,试验结果表明：该能效优化方法能够有效提高飞机电推进系统效率,使飞机完成一次飞行任务剖面的系统能耗降低了8%以上。     

燃料电池无人机能源管理与飞行状态耦合

开展了燃料电池/锂电池（简称燃锂）混合动力无人机的能源管理与飞行状态耦合研究。综合顶层飞行任务规划与底层能源系统管理,以动力系统模型为耦合点联立能源系统与无人机运动方程,建立能源状态与运动状态耦合模型。针对燃锂混合最紧密的爬升过程,以迎角、转速和燃料电池的放电功率作为控制变量,建立了燃料消耗最小的能源管理与航迹规划耦合最优控制问题,研究不同爬升高度对最优控制过程的影响,并与模糊控制能源管理策略进行对比分析。针对大功率短时爬升和小功率长时巡航的典型任务特点,建立了燃锂最优混合问题。研究了最优的锂电池容量和燃料电池功率水平的混合量,以及爬升和巡航两阶段最优功率分配和飞行状态,分析了不同巡航目标高度对最优混合量和飞行状态的影响。结果表明：采用能源与航迹耦合的最优控制策略在给出最优功率流分配的同时,能够很好地兼顾飞行状态控制;对燃锂混合和飞行状态的综合优化可以有效地处理爬升和巡航阶段的能源需求矛盾,在给出最优燃锂混合量和飞行状态的同时,降低整个任务过程的燃料消耗。     

Moving towards a more electric aircraft

The latest advances in electric and electronic aircraft technologies from the point of view of an "all-electric" aircraft are presented herein. Specifically, we describe the concept of a "more electric aircraft" (MEA), which involves removing the need for on-engine hydraulic power generation and bleed air off-takes, and the increasing use of power electronics in the starter/generation system of the main engine. Removal of the engine hydraulic pumps requires fully-operative electrical power actuators and mastery of the flight control architecture. The paper presents a general overview of the electrical power generation system and electric drives for the MEA, with special regard to the flight controls. Some discussion regarding the interconnection of nodes and safety of buses and protocols in distributed systems is also presented     

基于仿真技术的空调系统冲压空气能耗研究

简要介绍了开展民用飞机空调系统仿真分析及研究的重要意义和空调系统工作原理。建立了民用飞机空调系统主要部件的数学模型,开发了系统部件仿真模块及驾驶舱/客舱热载荷模块等,用搭建的部件模块组建了某民用飞机空调系统仿真模型,完成了仿真计算算例。对仿真算例进行试验验证以修正仿真模型,应用修正的仿真模型预测民用飞机整个飞行剖面内空调系统的冲压空气流量,同时采用标准计算方法评估空调系统冲压空气能耗,为空调系统的冲压设计提供依据,对飞机空调系统设计、优化及适航符合性验证具有重要的参考意义。     

基于智能软件的着舰飞行/推力控制系统

针对舰载飞机在低动压状态下操纵性能下降导致航迹角不能精确跟踪姿态角的问题,基于设计多变量鲁棒控制系统的正规矩阵参数优化方法,采用智能设计软件IntelDes 3.0设计了保持迎角恒定的着舰飞行/推力综合控制系统.非线性数值仿真结果表明,该控制系统的性能较好,对气动系数摄动的鲁棒性较强.     

基于第二动力技术的TBCC综合能源展望

飞行器电能、液压能和气压能的功率需求由第二动力系统单独做功或提取发动机主轴功率供应。TBCC发动机模态转换后,第二动力系统无法从发动机主轴提取功率。因此,需要解决空天飞行器第二动力系统长时间大功率能量输出的问题。分析航空蓄电池、起动发电机、APU、GTS、ATS和RAT的技术特点、发展现状以及第二动力的发展趋势,结合高超声速飞行器的发展趋势,提出ATS/RAT组合和多电超导发动机/大比能的储能装置技术组合是实现空天高超声速飞行器综合能源的技术路线。