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。     

水上电动飞机浮筒设计及起飞滑行

水上飞机起飞滑跑时低速滑行阶段的阻力变化规律对于其设计研究十分重要,而电动水上飞机正常起飞所需最大拉力是否匹配现有电推进系统是飞机改型设计的关键。首先,针对基准浮筒水阻力较大引起的纵向不稳定问题进行了优化设计,优化后浮筒水动性能有明显提高。其次,基于Fluent中的多相流（VOF）模型对水上电动飞机起飞滑跑阶段的力学特征进行了数值模拟计算,着重分析了不同速度下的姿态变化规律、阻力变化及流场特性。最后,对"阻力峰"这一节点下所需电推进系统功率进行了验证计算,结果显示现有装置满足起飞的动力要求;将实际起飞滑跑试验与仿真结果进行对比,结果显示力学特性变化规律基本一致,所得误差在15%之内,验证了仿真计算的可行性,所得结论可为电动水上飞机的研究设计提供借鉴。     

面向电动飞机应用的不同叶尖螺旋桨噪声特性

为了合理地设计与选取电动飞机螺旋桨,最大限度降低电动飞机整体噪声,以某型电动飞机平直、后掠及尖型桨尖形状螺旋桨为研究对象,通过大涡模拟模型计算分析了3种螺旋桨在巡航和爬升两个典型状态下的一阶频率声压值,计算结果表明平直桨尖螺旋桨噪声最低,尖形桨尖螺旋桨最高。为了验证计算结果,制造了缩比模型并在空气动力研究院的FL-9风洞中进行了试验,结果表明计算结果与风洞试验结果吻合度较高,验证了大涡模拟在螺旋桨噪声计算中具有一定的工程应用价值,计算和试验结果都表明平直桨尖有助于进一步发挥电动飞机安静环保的优势。     

电动舵系统滑模预测控制方法研究

针对电动舵系统的精确控制问题,在建立系统非线性数学模型的基础上,设计了一种滑模预测控制算法.该方法将模型预测控制中滚动优化、反馈校正的思想引入到离散滑模控制,不仅保证了系统的稳定性和鲁棒性,而且完全消除了系统抖振.通过对典型导弹电动舵系统仿真,结果表明,在电动舵系统受内部参数摄动和外部非线性干扰的工况下,利用该方法设计...     

应用谐振装置在电动振动台上实现高量级冲击响应谱的仿真研究

为提高电动振动台冲击响应谱试验的试验量级,应用有限元理论建立了电动振动台及附加的谐振装置的动力学模型,在此基础上开展冲击响应谱试验的仿真研究。通过研究振动台动态特性建立了冲击响应谱试验仿真方法,进一步研究了应用谐振装置在振动台上实现高量级冲击响应谱试验的可行性。研究结果表明:使用谐振装置可显著地提高电动振动台实现冲击响应谱试验的能力。     

具有控制时滞的电动加载系统迭代学习复合控制

针对无人机前轮转向操纵系统中机电作动器的负载模拟需要,设计了一种用于复杂交变载荷模拟的电动加载系统。为了降低电动加载系统的控制时滞和多余力矩对系统精度的影响,提出了一种PID控制与迭代学习控制相结合的加载力矩复合控制策略。介绍了电动加载系统的主要组件并给出其数学模型,分析了电动加载系统多余力矩产生的原因,提出了系统控制延时时间的测量方法,设计了基于迭代学习控制与传统PID控制的复合控制器,分析了迭代学习控制器的收敛条件,分别通过多余力矩抑制和动态力矩加载实验验证了控制策略的有效性。与传统的反馈控制加前馈补偿方法相比,所提方法能够消除控制时滞和多余力矩对加载系统的影响,保证电动加载系统的力矩加载精度。      

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。     

带补偿的电动燃油泵流量控制研究

电动燃油泵作为多电发动机的主要控制部件，控制其快速准确地按需供油对发动机的可靠运行有着重要影响。以齿轮式电动燃油泵为研究对象，根据电动燃油泵流量与转速、进出口压差的关系，提出了基于压差补偿的开环控制方案，基于流量反馈的闭环控制方案，带压差前馈补偿的复合控制方案。通过建立电动燃油泵流量控制系统的AMESim/Matlab模型，分析了控制方案的稳态特性与动态特性。基于上述方案搭建了试验台，通过滚动测周法获得涡轮流量计的高精度实时流量，进行了流量控制试验。试验结果表明带压差前馈补偿的复合控制方案的稳态误差≯0.8%，流量波动≯1.2%，调节时间为1.44s，稳态特性和动态特性均可以满足发动机的控制需求。     

基于遗传算法的电动负载模拟器ITAE控制器设计和仿真

在电动负载模拟器（ELS）的控制系统设计过程中,其优化控制参数一般需通过大量试 验来确定。本文根据ELS的工作原理建立了其执行机构的数学模型,并分析了连接刚度参数 对系统性能的影响,指出在满足系统闭环响应技术指标条件下,应选择低的连接刚度;结合 加载梯度参数,选择适当的连接刚度,设计了ELS的复合控制器结构,并采用遗传算法对复 合控制器中的各控制参数按ITAE准则进行了寻优,获得了复合控制器参数。仿真和试验结 果表明：在该控制器作用下,闭环系统的静差小于0.5％,并且其正弦响应在10Hz时的幅差 小于10％,相差小于10deg。