飞机机载机电系统多电技术的发展现状

随着一些先进飞机上越来越多地应用了多电技术,多电飞机技术的重要性日益突现出来。该文主要概述了国外近年来发展起来的一些多电飞机技术。     

多电飞机先进技术

阐述了多电飞机的特征，对多电飞机先进技术进行了研究，探讨了基于多电飞机的机载电源系统、无刷整体起动／发电机、容错供电技术、分布式配电技术、多电发动机、电刹车技术等。     

分布式电推进飞机电力系统研究综述

继飞机二次能源逐步统一为电能形成多电/全电飞机之后,电推进技术成为飞机动力系统电气化的重要发展方向,有望进一步提高飞机动力系统能量转换效率、降低燃油消耗和排放,代表了航空电气化的高级阶段。飞机电力系统及相关技术是支撑电推进技术发展的重要基础。系统总结了电推进飞机的类型与发展现状,论述了飞机混合动力系统及分布式电推进系统的基本概念、特点与意义。阐述了航空电推进系统的基本结构,比较了适用于分布式电推进系统的电力系统架构,系统分析了实现电推进技术所需的高效高功率密度电机、高效大容量功率变换器和综合热管理等关键技术。小型纯电动飞机正在逐步迈向实用化,而分布式混合电推进技术是中大型飞机电气化的重要方向,仍然需要航空机电和动力系统等交叉融合与创新发展。     

多电飞机技术的发展

目前，多电飞机技术（MEA）已日益成为飞机动力的主流方式。我们需要从飞机整体性能和优化设计的理念出发，研究电能产生、分配和使用管理，最大限度地发挥其效能，提高飞机的续航力和生命力。     

多电飞机技术及其标准体系探讨

介绍了多电飞机技术的发展概况、多电飞机技术的优点、多电飞机的关键技术及国外多电飞机技术在民用飞机和军用飞机上的应用情况,并对多电飞机标准体系的新特点及其涉及的主要标准进行了初步分析研究,对我国多电飞机技术和标准的发展有一定的指导意义.     

多电飞机起动发电系统关键技术研究

多电飞机是下一代先进战斗机的重要特征,具有质量轻、可靠性高、维护性好、生存能力强等特点,但是电气负载功率剧增对发电系统提出了更高的要求。针对提升飞机二次能源系统功率密度,可靠性、安全性,开展基于270 V高压直流起动发电系统关键技术研究,采用系统工程方法论,开展典型多电飞机起动发电系统的运行概念设计、需求分析及架构设计,开展起动发电机热设计及高压锂电池技术研究。通过不同的使用场景,开发多电飞机起动发电系统架构仿真模型,搭建仿真环境,验证了起动发电系统方案可行,为多电飞机起动发电系统设计提供技术支撑。     

多电飞机嵌入式供电处理机的设计浅析

简要分析了航空电气综合控制系统中的主控中心供电处理机的功能和软、硬件设计工作,并从总体的角度阐述了多电飞机的发展趋势。     

国外飞机电气技术的现状及对我国多电飞机技术发展的考虑

根据国外航空电气技术的最新发展,研究了多电飞机电气系统的发展需求,重点阐述了多电飞机的关键技术,结合我国航空技术发展现状提出了我国在多电飞机关键技术方面的发展思路和建议.     

多电飞机电气系统标准需求分析

论述了国内飞机电气系统标准现状,分析了多电飞机电气系统标准发展需求,提出多电飞机电气系统标准建设的主要任务,为飞机电气系统标准的发展提供指导。     

面向未来多电飞机的低气压下局部放电

多电飞机(MEA)采用电气装置取代部分传统的机械部件,可以有效提升飞行效率,降低温室气体排放。为了提高多电飞机供电系统容量,未来的供电电压将会提高至千伏级,这将导致严峻的局部放电风险。为此,以多电飞机实际状况与运行场景为依据,在实验室搭建平台,模拟了航空电机绕组放电与航空电缆对地放电两种典型绝缘故障,在400 Hz正弦电压、1～101 kPa气压范围内进行了大量重复实验,探究了气压对两种故障起始放电电压(PDIV)、放电幅值、放电重复率以及相位分辨局部放电(PRPD)谱图等统计特征的影响。实验结果表明：不同模型下的PDIV随气压直线降低;随着气压的降低,放电幅值先增加后降低,放电重复率随着气压降低逐渐增加,根据累积放电幅值的分析,最高点均出现在30 kPa处;随着气压的降低,两种绝缘故障的PRPD相位宽度逐渐增加并向左偏移,电机绕组放电和电缆对地放电分别以“兔耳朵”和“极性效应”为主要特征。本实验对不同故障及气压下放电特征的探究及分析,将有助于多电飞机电气系统绝缘测试的开展和评估,为未来多电飞机向大功率高电压方向的发展提供借鉴和参考。     

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。     

变体飞机动力系统技术要求

变体飞机可以随着外部环境和飞行任务的变化,自主连续改变外形,实现在不同任务模式下机翼效率的最大化,充分发挥飞机飞行性能,满足其任务需求的动力装置也是关键因素之一。     

多电飞机电源系统的负载稳定性分析

阐述了恒功率负载的概念及其特性,介绍了电源系统中恒功率负载的工作原理,并对多电飞机电源系统的系统特性进行了分析。在此分析基础上,提出了解决负阻抗特性引起的飞机电源系统不稳定的方法,最后给出了保证系统稳定的条件。     

多电飞机电气系统关键技术研究

介绍了多电飞机电气系统关键技术的研究现状和发展趋势,阐述了电源系统结构,PSP和ELMC的结构与功能,电源系统BIT技术与容错技术以及电力作动技术等关键技术,并探讨了上述关键技术的设计方案。     

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。     

面向多电飞机的脉冲波形下局部放电规律

为满足多电飞机（MEA）的大功率用电需求,系统工作电压需要进一步提高,而较高电压会增加相关部件的绝缘失效风险。面向多电飞机特定工作场景和参数,搭建了模拟飞机电作动器中的绕组间绝缘故障测试平台,开展了1 kHz范围内的局部放电（PD）大量重复实验,研究了特定电压幅值、正弦波和方波脉冲波形下局部放电幅值、放电重复率和放电相位等统计特征,并计算评估了不同频率值下多电飞机中的局部放电行为。实验结果表明：在设定频域范围内,方波脉冲下的起始放电电压（PDIV）都低于正弦,方波脉冲波形对绝缘影响更大;随着频率升高,放电幅值逐渐降低,但放电重复率几乎呈线性增长;放电时刻集中于上升沿/下降沿末端。以50 Hz作为对比基准频率,1 kHz时的放电幅值降低80%,而放电重复率增加11.92倍,较高频率下多次累积的小幅值击穿成为威胁绝缘失效的主要原因。计算分析认为高频下空间电荷场强变化导致的放电延迟时间减少和周期数目增加分别导致局部放电脉冲幅值降低和放电重复率增加。本实验结果有助于针对多电飞机电气系统和相关装备开展针对性绝缘测试和评估,并有望为多电飞机向大功率高电压方向的设计提供参考和借鉴。     

串联混电飞机方案设计方法及能源管理策略

针对串联混电飞机,首先在给定任务需求的飞行剖面内,结合动力学特性对整机的飞行性能进行分析,将总体设计参数与各飞行段的功率能耗需求相关联,进而开展各部分组件和全机的设计选型;然后对串联混电系统中的计算逻辑和各条工作路径进行梳理和总结,讨论分析能源管理策略对方案设计的潜在影响。基于搭建的设计系统,首先针对Dornier Do 228NG飞机构型,从3个设计方面,将该方法与国外两个团队各自开发的设计方法进行对比分析,结果表明,对设计点评估的相对误差均在1.5%以内,对传统动力方案设计的各项相对误差在6%以内,而串联混电方案设计中最大起飞质量的相对误差在4%以内,验证了本文方法的可行性和有效性。其次,分析讨论了4种能源管理策略的特点和优劣势,并基于一款国外现有的串联混电飞机Panthera Hybrid,研究了不同策略下的动力系统工作特征和各项设计参数差异。其中,Light策略下的飞机起飞总质量最小,收益来源主要是起飞阶段的最大需求功率由燃油和电池动力系统同时承担,直接优化了动力系统的总质量。     

多电飞机电动环境控制系统设计研究综述

随着飞机设计朝着多电化发展,多电飞机中电动环境控制系统的研制受到了广泛关注。本文介绍了B787飞机电动环控系统运行原理,综述了目前电动环控系统的架构设计与权衡、关键部件设计的研究现状,指出采用电动环控系统设计会导致飞机设计更趋复杂,因此需要集成化的工具支持电动环控系统的架构设计,并发展可替代CFD计算的代理模型技术来缩短关键部件的设计周期,为我国电动环境控制系统的研究和发展提供参考。     

多电飞机主发电机供电条件模拟装置设计

多电飞机主发电机要接入电网向电网供电,须要满足很多条件。首先要使准备接通的发电机励磁,然后当发电机转速正常,发电机电压达到要求后,并在外电源已经断开的条件下,接通发电机接触器,使发电机向电网供电。设计基于C8051单片机及外围电路的装置,对多电飞机主发电机接入电网的控制条件进行模拟,并将结果显示在装置的LCD(Liquid Crystal Display,简称LCD)显示屏上。该装置的设计包括硬件电路设计和软件程序编写。最后对装置进行调试与验证,实验结果能够达到设计初衷。