航空机电系统技术发展综述

文中总结了国际航空机电系统技术研究现状,以美国为代表的国际先进飞机研发体系,将机电系统技术提升至与飞机平台技术并重的地位,将综合推进、能源与热管理技术列为核心技术领域,持续开展了MEA、INVENT、INPPAT、AVEM、NGT-PAC等一系列面向机电领域的重大技术专项和演示验证计划;梳理了系统架构综合化、能源利用多电化、能量管理高效化的机电系统技术发展趋势;展开了机电系统技术研发思考,提出了强化机电系统技术发展规律和需求认识、升级机电系统技术基础研究,和仿真验证能力是引领机电系统技术发展的2个关键方向。     

载人月球任务能源系统初探

针对载人月球任务多样、实施环境复杂等特点,分析了载人登月任务能源系统需求特点,结合国外载人月球任务航天器能源系统发展现状,提出了采用分布式能源网架构形式,逐步构建多源互补、物质循环利用、功率扩展的多子站互联能源系统。采用太阳电池、燃料电池、空间核能或锂离子电池等不同能源类型构建分布式发电和储能,并详细梳理了能源技术重点研究方向和共性关键技术,为未来载人月球任务能源系统顺利实施奠定技术基础。     

基于能量平衡的平流层飞艇推进系统建模与优化设计

为了在平流层飞艇推进系统高效率和轻质量需求的矛盾之中取得平衡,提出基于能量平衡的平流层飞艇推进系统建模与优化设计方法。利用试验设计和代理模型技术分别建立了高空电动机、螺旋桨的主要设计参数与其效率和质量的代理模型。建立了包含太阳能电池和储能电池的飞艇能源系统质量计算模型。以整系统能量平衡和推阻平衡为约束,以推进与能源系统总质量最小为目标,借助多岛遗传算法构建了飞艇推进系统优化设计数学模型。对某型平流层飞艇推进系统进行了优化设计,结果表明:优化后的推进系统效率提升了23%,推进与能源系统总质量降低了340 kg,验证了该平流层飞艇推进系统建模与优化设计方法的可行性和应用价值。     

能源利用与环境保护

能源、环境与发展是人类所关注的永恒主题。论文探讨了中国能源的资源现状和发展前景 ,能源使用对环境的影响以及解决能源与环境问题的途径     

基于模型的多电飞机能源优化特性仿真分析

多电飞机是一种用电能部分取代原来的液压能和气压能的飞机,其二次能源系统以电能为主。为实现多电飞机能源系统的优化设计,将飞机的发电、配电和用电集成在一个统一的系统内,实行发电、配电和用电的统一规划、统一管理和集中控制。为快速有效地分析多电飞机能源系统优化特性,本文采用基于模型的系统工程方法论,针对多电飞机能源优化仿真分析平台开展研究,提出了一种面向电气设备的多物理域模型建模方法,以实现机载系统的大规模集成仿真。并以飞控系统为对象,建立了多电飞机飞控系统和传统飞机飞控系统的能量利用、能量传送、能量变换设备等仿真模型,仿真分析了两种飞控系统的能源应用特性,为多电飞机能源系统的优化设计提供了有效支撑。     

燃料电池在航空领域的应用与发展

NASA预测,21世纪的航空动力将从今天依靠化学燃烧的能源逐渐转向一个采用混合能源的系统,并将转向基于电化学能源的世界。向绿色发动机过渡的第一步是试验性地发展以燃料电池为动力的无人机和通用飞机。本文介绍了燃料电池的特点、种类,以及目前在航空领域的应用情况。     

电动直升机概念设计与分析

根据当前电池与电动机特性分别建立适合电动直升机的能源与动力系统数学模型,提出满足电动直升机的3种能源方案,构建出一套适合电动直升机概念设计的总体参数选择与优化方法,并结合任务剖面需求对采用3种能源方案的电动直升机展开总体参数的选择与敏感性分析。受当前电池技术水平发展,电动直升机的久航性能与燃油动力直升机相比有较大差距。通过参数敏感性分析方法得出,电动直升机具有与燃油直升机不同的设计特征,电动直升机应结合动力及能源系统特征进行针对性设计。     

太阳能无人机能源系统的关键技术与发展趋势

作为探索临近空间领域的新兴飞行器，太阳能无人机（SUAV）在性能、技术及任务航时均呈现出不同于传统飞行器的新特点。其中，太阳能无人机能源系统的比能量、比功率是影响飞机整体性能的核心因素。因此，本文首先对太阳能无人机的太阳电池、储能电池的发展现状进行了阐述，然后针对能量获取多元化、能源系统管理高效化、能源载荷一体化方向对太阳能无人机能源系统的未来发展趋势进行了展望。     

新能源电动飞机发展与挑战

发展绿色航空是人类社会形成的基本共识,新能源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。简述了航空对环境的影响、电在飞机上的应用及电动飞机的发展历程,对新能源电动飞机的能源分类、电推进系统及其总体效率进行了研究,重点针对载人轻型运动飞机,分析了电动飞机的发展现状、特征以及能源需求,通过对电池作为能源的载人电动飞机的航程和极限航程研究,提出了电池能量密度提升和性能改进、高升阻比空气动力设计、低成本轻质高效复合材料结构设计与制造、高效率电推进系统设计与集成等电动飞机发展面临的挑战,给出了应大力发展电动飞机的建议和本领域未来的研究方向。     

河南省能源产业与经济可持续发展的实证研究

基于中原经济区可持续发展战略的基础,选择河南省1978～2015年相关数据作为分析样本,利用VAR模型对河南省能源产业与经济可持续发展之间的相互关系进行回归分析。结果表明:河南省持续快速的经济增长并不是造成能源产业发展失衡的原因,但失衡的能源供求状况却对河南省经济可持续发展带来了相当程度的不利影响。鉴于此,河南省能源产业发展要尊崇"节能优先、保障供需、优化结构、市场推动、保护环境、持续发展"的基本战略要求,一方面着力优化能源布局和能源结构,提高能源开发利用效率,构建经济、清洁、安全、稳定的现代能源产业体系,建设全国重要的综合能源基地,另一方面大力发展清洁能源和可再生能源,构建中原经济区低碳节能发展的理念,实现资源的有效开发与利用,促进整个社会经济可持续发展。     

基于TAO的分布式模拟环境的建立与应用

在分析了目前分布式协同仿真的研究现状以及存在问题的基础上,指出在这种系统中结合新技术的可能性和必要性,着重研究了基于TAO的分布式协同虚拟环境实现中的若干关键技术,并设计和实现了一个基于TAO的分布式异构实时原理演示验证系统。     

基于涡扇发动机的多电技术研究初步设想

介绍了涡扇多电发动机研究的特征和关键技术,在分析了国内外多电技术研究的基础上,提出了涡扇多电发动机总体方案初步设想和分布式控制系统关键技术研究、验证的发展思路。     

一种基于能量受限的分布式多传感器管理算法

在能量受限的分布式多传感器跟踪系统中，跟踪目标的同时，需要节省能量消耗，延长系统生存周期，本文依据一种传感器节点能量消耗模型，提出了一种以能量消耗和信息增量为效用的传感器管理算法。仿真结果表明该算法能提高跟踪精度，减少能量消耗，延长系统的使用时间。     

人在回路中的分布式飞行员训练仿真系统的设计

在飞行员训练仿真系统中,用户操纵飞机在仿真战场环境中与计算机生成的兵力进行对抗。其中,VR-Forces可以提供分布式虚拟战场环境和计算机生成兵力,但是其仿真实体操纵和战场观察的方式都比较单一。而DirectX提供了飞机操纵接口,Vega Prime则对整个对抗过程提供了三维视景表达。将这三者各自提供的应用编程接口结合起来进行系统的开发,可以同时保证战场的真实性、操纵的灵活性以及战场感受的沉浸性。利用此种方法,文章设计了一个人在回路中的分布式飞行员训练仿真系统。     

分布式交互仿真技术研究

介绍了分布式交互仿真技术的特点、结构、目前发展现状和未来发展趋势,详细分析了目前较为成形的分布式交互仿真技术的特点及其研究、应用推广情况,总结出实现分布式交互仿真应用系统面临的难点和解决方法,并结合HLA高层体系结构归结出应用HLA开发分布式交互仿真应用系统的方法。     

Tracking with distributed sets of proximity sensors using geometric invariants

We propose a new approach to forming an estimate of a target track in a distributed sensor system using very limited sensor information. This approach uses a central fusion system that collects only the peak energy information from each sensor and assumes that the energy attenuates as a power law in range from the source. A geometrical invariance property of the proximity of the distributed sensors relative to a target track is used to generate potential target track paths. Numerical simulation examples are presented to illustrate the practicality of the technique.     

以MaSE方法开发的无人机指挥控制系统设计

MaSE（Multiagent System Engineering）方法以主体理论和技术为基础,充分借鉴面向对象软件开发方法的思想,为开发分布式系统提供了较大通用性。文章研究了应用MaSE的建模技术,并采用开发工具Agent Tool构建了基于多Agent的无人机指挥控制系统。该系统具有自治性和协同性,从而为多无人机作战指挥控制模型建立提供了依据。     

航空发动机分布式控制系统结构分析

对近年来航空发动机分布式控制系统的研究作了简要分析。重点分析了航空发动机分布式控制系统的结构、功能和优点;比较了几种分布式数据总线和电源总线的优缺点,并指出了适用于航空发动机分布式控制系统的数据总线和电源总线选择;分析了发动机运行环境对开发分布式控制系统的影响,并提出了可能的解决方案;指出了开展航空发动机分布式控制系统研究的重要性和未来的发展方向。      

变循环发动机完全分布式控制

采用分布式控制架构可以降低变循环发动机控制系统的重量并有利于系统的开发和扩展。提出了一种完全分布式控制架构,控制算法的计算完全分布到智能执行机构中,计算所需的参数值由智能传感器通过串行数据总线发送到智能执行机构。变循环发动机完全分布式控制系统研发的主要工作是设计分散控制算法和总线通信方案。将控制回路的耦合当作总扰动的一部分,使用线性自抗扰控制器(ADRC)观测并在控制信号中消除总扰动,实现了分散控制。在CAN总线硬件的基础上,使用CANaerospace高层协议设计了时间触发的总线通信方案。从而实现了变循环发动机完全分布式控制。在MATLAB/Simulink环境下使用TrueTime工具箱搭建了仿真系统。使用TrueTime Kernel模块仿真智能执行机构与智能传感器的计算单元,使用TrueTime Network模块仿真CAN总线,并且将线性ADRC和CANaerospace协议写入到计算单元中。仿真结果表明:所建立的变循环发动机完全分布式控制系统能够适应发动机进气状况和健康状况的大范围变化,具有较好的鲁棒性。     

回热式工质驱动分布式推进系统参数研究

为研究以回热后的压气机引气驱动推进器风扇的工质驱动分布式推进系统（Recuperated Gas-Driven Distributed Propulsion,RGDDP）,对其热力循环过程和能量流动展开研究。基于部件法建立了推进系统的设计点计算模型,分析了引气参数和推进器风扇压比对推进系统耗油率的影响,在此基础上,分析了推进系统耗油率对部件效率的敏感性。在不同循环参数下与涡轮电分布式推进系统（Turbo-electric Distributed Propulsion,TeDP）的耗油率进行了对比,得到了RGDDP的热力循环特征。结果表明,引气参数存在最优组合使得推进系统的耗油率最低,同时耗油率对能量传输相关的部件效率敏感性最高;与TeDP相比,涡轮前温度对推进系统的耗油率影响更大,而总压比的影响较小;总涵道比为20时,相对于TeDP,RGDDP具有一定耗油率收益,随着总压比的升高收益降低,总压比为66时仍有3%左右的收益。提高RGDDP总体效率的关键在于降低能量传输过程中的损失并提高换热效率。