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。     

高温气冷堆核电站主氦风机驱动电机绝缘系统评定技术研究

设计了一套在0.1 MPa氦气和空气环境下测试绝缘系统电气绝缘性能的试验装置,完成了0.1 MPa气压下氦气和空气中主氦风机驱动电机绝缘系统模型的局部放电起始电压(PDIV)、起晕电压、匝间冲击、绝缘电阻和工频击穿电压对比试验。试验结果表明:在0.1 MPa气压下,绝缘系统在氦气环境下的部分绝缘性能较空气中大幅下降,氦气环境下绝缘系统的PDIV值约为空气中的50%,起晕电压值约为空气中的20%~25%, 闪络(击穿)电压约为空气中的50%。     

长电缆传输对LVDT传感器信号的影响仿真分析

随着飞机各系统复杂度的提高,信号频率和密集布线使得线缆间的电磁能量耦合更加严重,串扰噪声不断恶化。通过梳理线缆间串扰的电容性耦合模型和电感性耦合模型,两者综合在被干扰对象上产生干扰噪声。大型飞机飞控系统采用LVDT传感器作为舵面位置传感器,由于电缆长度增加,电缆串扰耦合引起的测量误差已不可忽略。长电缆的串扰耦合将导致LVDT传感器的电压测量值增高,从而引起舵面反馈超差,甚至危害飞机安全。通过CST软件对LVDT传感器的长电缆上信号传输进行仿真,近端和远端的串扰电流相位相差180°且幅值相等,近端和远端的串扰电压相位相同且幅值相等。结合电容性耦合模型和电感性耦合模型分析可知,长电缆之间的线间电容是LVDT传感器电压测量值增高的主要原因。     

电机绝缘系统在高频冲击下局部放电试验研究

高频冲击局部放电(PD)测试可以有效的检测电机绝缘系统的绝缘状态。根据传感器的不同,电机绝缘系统在高频冲击下PD测试方法主要有两种:高频电流传感器法和超高频天线法。试验表明:在高频冲击电压下,PD主要发生在冲击的上升沿和下降沿,在同一放电电压下,上升沿和下降沿的PD幅值较大;在风力发电机定子绝缘系统鉴别试验中,随着老化试验的进行,线圈的PD起始电压总体呈下降趋势。通过鉴别试验,可以确定绝缘系统的冲击电压绝缘等级及类型。     

飞机中故障导线特征阻抗的计算与分析

绝缘缺陷的导线系统会对飞机安全构成隐患。归纳分类了故障导线存在的常见绝缘缺陷,以导线系统中带屏蔽的单芯同轴结构和双芯结构两种型号的航空电缆为对象,计算典型绝缘缺陷下的特征阻抗,并通过ANSYS的有限元数值方法,解决航空电缆非对称性绝缘缺陷的特征参数的计算。分析四种绝缘缺陷对电缆特征参数的影响以及反射系数与特征阻抗之间的关系,从而给出绝缘缺陷的变化程度对反射系数的影响规律,对使用TDR方法进行导线绝缘状况的检测和诊断具有指导意义。     

高空低气压下电晕放电电磁脉冲辐射特性模拟实验

为研究高空低气压下飞行器表面电晕放电电磁脉冲辐射特性,以尖端导体电晕放电为研究对象,进行了低气压下电晕放电电磁脉冲辐射特性模拟实验,给出了辐射电场幅值与气压的关系表达式,并基于气体放电和电磁场理论总结了电晕放电电磁脉冲辐射特性随电压极性、气压以及测试距离的变化规律。结果表明:电晕放电电磁脉冲辐射电场时域波形呈衰减振荡形式,持续时间约为600 ns,首脉冲方向随电压极性的不同而不同,且辐射电场分量主要集中在与放电针相同的极化方向;辐射电场频谱主要分布在500 MHz以内,在35 MHz和170 MHz处出现稳定的波峰;在气压为4~30 kPa范围内,随着气压的降低,放电电磁脉冲辐射电场增强;随着测试距离的增加,电晕放电电磁脉冲辐射电场逐渐衰减。该研究结论可为低气压下飞行器电晕放电电磁脉冲辐射特性研究提供有益参考。     

基于时域反射法的航空导线绝缘故障检测与分析

基于时域反射法（TDR）建立了航空导线绝缘故障的数学模型及相应的仿真模型,计算与分析航空导线的绝缘层沿径向发生变化时其特征阻抗及反射系数的变化规律,仿真研究了脉冲波和阶跃波在导线中的传播规律,试验研究了导线特征阻抗的变化以及入射波上升时间对TDR波形的影响。结果表明:随着绝缘损坏量的增加,反射系数的变化率加快;对于相同的绝缘损坏量,绝缘层薄的导线反射系数大,易检测出来;在故障检测中阶跃波优于脉冲波;短路故障容易确定;特征阻抗降低到一定程度时,绝缘故障才能从TDR波形上辨别出来。对于小范围的绝缘故障检测,入射波上升时间越短,TDR波形越能反映故障的特征,但反射脉冲变窄,要求高采样频率;入射波上升时间增长,反射脉冲变宽,幅值降低,但一定程度上有利于检测出绝缘故障。     

飞机全电刹车机电作动系统上电自检测

提出了一种飞机全电刹车机电作动（EMA）系统的上电自检测（POST）方法,以保证系统在运行前处于安全工作区域。通过检测,可及时准确地定位和更换故障部件,提高飞机出勤率。在系统运行之前,尽可能在有限的检测次数内全面准确地检测敏感元件,定位故障部件,避免造成刹车系统的二次伤害。针对逆变器和电机三相绕组组成的驱动回路,利用母线电容放电产生电流,完成检测。检测过程利用电容电压而非电源为逆变器供电,可防止过高的短路电流对电源的冲击,且电容上存储的能量有限,可有效避免短路故障对系统的二次伤害。检测方法在原有电路的基础上并未增加传感器和检测电路,但实现了逆变器功率管以及电机绕组,短路和开路故障的全面检测,且可定位出故障部件和故障原因。该机电作动系统上电自检测方法能够保证在一秒内完成系统全面自检测,经过1 000次正常及带故障试验,故障的误报率和漏报率保持在1‰以下。在现场试验中,系统可抵御飞机复杂的电磁环境（EME）,工作性能稳定。通过软件设置不同故障阈值,可方便移植到其他机电作动系统中。     

电推进飞机移相双绕组永磁电机特性分析

对飞机电推进系统双通道永磁电机进行了研究,首先阐述了双通道电机系统在电推进飞机上的冗余输出原理,随后对比了不同绕组形式的双三相电机,提出了采用移相双三相绕组的双通道永磁电机形式,着重研究了移相双三相电机的电磁特性。然后分析了其不同工况下的定子损耗分布特性,并结合电机冷却方式和散热能力,计算了电机在发生局部故障以单通道运行时的输出能力。最后研制了110 kW双通道永磁电机原理样机,通过实验对分析结果进行了验证。计算结果表明电机在单通道运行时可维持至少70%额定功率的输出,可为飞机在应急情况下提供冗余动力。     

绝缘电阻测量在ARJ21飞机故障排除中的应用

随着屏蔽布线在飞机上大量使用,电缆的绝缘与屏蔽出现损伤或污染造成瞬时短路导致的飞机故障越来越多,且故障的隐蔽性高,在地面难以复现,线路的导通与短路测试又无法发现缺陷。成都航空在国产民机ARJ21飞机上不断探索与总结,通过对线路绝缘电阻的检查,快速准确找出了缺陷线路,避免了部件的误拆换,缩短了停场排故时间,提高了飞机利用率。     

面向电动航空的高温超导电机技术研究发展

超导电机因体积小、功率密度高和效率高等优势，在航空电推进中展现出重大的应用前景。对比分析了纯电力超导电动系统和混合动力超导电动系统的方案特点，突出超导电机对于大功率航空电推进的重要性。针对航空电推进超导电动系统对电动机和发电机的不同需求，对过去研究的高温超导样机的运行原理及结构拓扑进行归类综述，并总结分析了各自利弊。在此基础上，从超导技术、电枢绕组技术、转子技术、低温技术和绝缘技术这5方面对超导电机本体关键技术分别进行回顾总结。最后，梳理了当前超导电机在航空电推进中应用的研究进展，并对未来超导电动航空发展进行了展望。     

适用于不同高度的等离子体体积力唯像学模型

针对等离子体流动控制数值模拟中唯像学模型高度适应能力不足的问题,假设等离子体中离子数密度正比于放电光强,对101.3~1.5kPa气压下等离子体放电图片进行灰度处理,得到等离子体发光的相对光强、光强比即离子数密度随气压、激励电压的变化特点。结果表明:随着气压增大,从弥散放电逐渐转化为丝状放电,而光强比逐渐减小,可以使用大气压下的饱和总相对光强代替其他气压下的结果;提高激励电压,等离子体出现双侧放电,且放电光强增大,放电电荷与激励电压近似成线性关系。进一步通过理论推导建立了新的电荷分布边界条件,并拟合了多个气压和激励电压下等离子体发光的相对光强,然后选择其中两个典型工况进行数值模拟,将计算结果与相应气压下等离子体诱导射流激光粒子图像测量结果进行比较,对该模型进行了验证,表明该模型能够准确模拟飞行高度、激励电压对等离子体诱导射流的影响。      

多电飞机容错作动系统拓扑结构分析

针对多电飞机电力作动系统,提出永磁容错电机及其容错驱动控制的拓扑结构,探讨系统的电气故障模式,研究防止故障传播的电、磁、热隔离设计,在理论上给出了容错电机相数的选取方法,采用独立的同轴电机组件实现高冗余系统。研究结果表明:电机、功率变换器和供电通道均采用以相为基本单位的模块化拓扑结构可实现多电飞机对作动系统的高容错要求。     

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。     

飞机电缆微处理机自动检测系统

电缆检测是飞机总装配的主要技术关键之一。某型机全机电缆60多根,总共2000多根导线。随着电缆插头的小型化,焊接难度越来越高。在电缆制造过程中,工人长时期重复地操作,发生错焊在所难免。以前采用手工检测导通与否和摇表检查两点间的绝缘电阻。手工检查只能发现“该通的不通”的故障,但不能发现“该不通的通”的故障,摇表检查绝缘电阻也没能严格地全面地检查,因此易将故障带上飞机,轻则拖延总装主干线进度,重则烧坏附件。为了改变电缆检测落后的工艺和不完善的检测方法,保证电缆线路的质量,提高工效,     

航空发动机点火组件故障诊断系统设计

航空发动机点火组件是发动机的核心部分,该组件设计的合理性及其工作的可靠性直接关系到发动机的工作状况,进行航空发动极点火组件故障诊断研究,对保障飞机点火组件的正常运行、提高飞机的安全性和持续适航性具有十分重要的意义.以航空发动机点火组件为研究对象,以航空发动机点火组件不同类型故障下产生的二次电压波形为基础,建立相应的故障特征库,设计基于图形匹配的航空发动机点火组件故障诊断系统.该系统能够采集点火电压波形及相应特征参数,将待检测波形与故障特征库中典型波形进行对比,得出相应故障类型.     

感应电机定子绕组故障的建模与仿真

在三相感应电机运行的各种故障中,绕组缺相故障的发生率较高.当供电电源一相断开以及定子绕组一相断开时,均将导致三相感应电动机的缺相运行.基于多回路数学模型,对异步电动机定子绕组故障瞬变过程做了数学模型的建立,并运用Matlab/Simulink组件对实验进行仿真.通过加入约束条件以及设定模型参数得出仿真波形图.分析仿真结果,指出定子绕组发生故障后电动机处于的工作状态,可对各种定子绕组的一些常见的故障特征进行进一步的探讨分析.     

气路碎屑监测静电传感器设计及模拟实验

基于静电感应原理,结合航空发动机尾喷管结构和模拟实验环境要求,设计了一种用于气路荷电碎屑监测的静电传感器。通过荷电碎屑模拟实验,证明了该静电传感器监测荷电碎屑的有效性,并分析了碎屑荷电量、碎屑与探极表面相对位置对传感器输出的影响。结果表明:碎屑荷电量越多,传感器输出电压幅值越大;同一轴向位置,随着碎屑与探极表面径向距离的增大,传感器输出电压幅值迅速减小;碎屑与探极表面径向距离一定时,碎屑与探极末端轴向距离越大,传感器输出电压幅值越小。此外,还进一步分析了实验过程中一些难以避免的影响测量结果的因素。     

基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法的IPMSM无传感器控制

为了实现永磁同步电机低速段的高精度无传感器运行,系统地分析了绕组电阻和感应电动势、电流调节器、滤波器、电机暂态运行、注入高频电压的幅值与频率、多凸极效应、电流传感器精度以及A/D采样量化误差等因素对基于旋转高频电压注入法的低速无传感器控制方法转子位置估计精度的影响机理。在此基础上,提出了一种基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法相结合的低速无传感器控制策略,消除了传统的无传感器控制方法中带通滤波器引起的转子位置估计误差,并降低了电机暂态运行引起的转子位置估计误差,有效地提高了低速无传感器控制方法的转子位置估计精度。仿真和实验结果表明,所提出的低速无传感器控制策略具有更高的转子位置估计精度和更宽的调速范围。     

基于大修测试数据的飞机电缆智能故障分析

利用时域反射技术获取飞机大修中电缆的测试数据,采用Savitzky-Golay算法去除测试数据中的噪声,并利用二阶差分算法实现测试数据特征的自动识别;通过比对健康电缆数据与故障电缆数据特征的差异,建立基于Drools的飞机电缆智能故障分析规则库;设计开发基于大修测试数据的飞机电缆智能故障分析系统,并在短路和断路两种典型故障上验证了方法的有效性。