航天大功率电动伺服系统功率驱动设计及验证技术

针对运载火箭30 kW以上功率等级电动伺服控制驱动器的研制要求，设计了一种强环境适应的大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率驱动模组。通过对火箭固体助推发动机工作环境分析，设计了基于光耦驱动器件的功率驱动与保护电路;为有效提升功率驱动模组在高压大电流工作时的可靠性，采用降低功率主回路杂散电感与IGBT有源钳位闭环控制相结合的方法，有效抑制IGBT在大电流关断时的电压尖峰;通过对动力电进行滤波处理，有效解决高压高频信号通过线缆传输时对控制驱动器内、外部的电磁干扰问题;通过IGBT功率驱动电路的单双脉冲测试及连续功率测试，有效验证IGBT功率驱动模组的高压驱动能力，为大功率电动伺服系统的可靠性提供技术支撑。     

电动飞机动力系统标准发展综述

通过论述国内外电动飞机动力系统技术发展概况和技术特点，分析了电动飞机动力系统现有标准情况，提出电动飞机标准体系架构及动力系统标准发展需求，为电动飞机动力系统标准的发展提供指导。     

三型螺旋桨振动特性试验研究

本文基于高频电动振动试验系统，采用谐振搜索与驻留方法，测量出三型螺旋桨的固有频率。结果表明，X1930型螺旋桨的第一阶固有频率为51.81Hz,W80CM8型螺旋桨的第一阶固有频率为51.65Hz,76EM8型螺旋桨的第一阶固有频率为48Hz。某型电动四座飞机螺旋桨的最大工作转频为40Hz，这三型螺旋桨的第一阶固有频率均超过工作转频，可保证螺旋桨在爬升和巡航状态下平稳运行，在工作转速范围内不会发生共振。将试验结果数据与有限元模态分析数据进行对比，表明试验方法合理可靠，获得的三型螺旋桨的固有频率为某型电动四座飞机螺旋桨选型提供了参考。     

电动飞机分布式螺旋桨对气动性能影响的建模研究

作为电动飞机的一项关键技术，分布式螺旋桨推进已成为绿色航空未来发展的重要研究方向。本文以结合多参考系（MRF）的RANS方法作为气动性能分析手段，采用Kriging代理模型对分布式螺旋桨的安装位置对全机气动性能的影响进行了建模研究，并对基准构型和优选构型的流动进行了对比分析。结果表明，螺旋桨往前方移动后全机的升阻比增大；相对于原始构型，优选构型的上表面低压区面积明显增大，吸力峰明显增强，下表面的压强增大，低压区域减少，分布式电推进系统的效率得到有效提升。本文的研究能够支撑以分布式螺旋桨为动力的电动飞机的总体设计，为螺旋桨的安装提供有效参考，从而进一步提升电动飞机的经济性。     

考虑舵机动力学的旋转弹自适应解耦控制

为解决由气动交联、控制交联引起的旋转弹俯仰和偏航通道间的耦合问题，提出了一种考虑气动不确定和执行机构动力学的自适应解耦控制方法。以一类鸭舵作用下的双通道控制旋转弹为研究对象，建立了非旋转弹体坐标系下考虑舵机动态响应过程以及气动参数不确定性的线性化动力学模型。利用模型参考自适应控制方法作为基础框架，将跟踪误差积分扩维至被控系统以改善闭环系统的跟踪性能。将舵机输入与输出之间的误差信号反馈到参考模型中实现俯仰和偏航通道之间的解耦。通过理论分析和数值仿真，验证了所提自适应解耦控制方法的有效性。仿真结果表明，设计的自适应解耦控制器能够保证闭环系统稳定并且实现俯仰和偏航通道之间的解耦。     

电动膨胀循环液氧甲烷变推力发动机动态特性研究

电动泵压式液体火箭发动机受到了广泛的关注，然而电池有限的输出功率和过于沉重的质量成为限制电动泵压式发动机发展的重要因素。为此本文提出了一种电机驱动燃料泵和涡轮驱动氧泵的电动膨胀循环液体火箭发动机方案，并着重研究了该型发动机的动态响应特性。首先给出了20 kN级电动膨胀循环发动机的技术指标和部组件参数，进一步基于AMESim平台建立了全系统动力学模型，验证了方案的可行性和部组件动力学模型的准确性，并深入研究了单点工况和调节工况的动态响应特性。结果表明，针对启动过程而言，涡轮泵调整时间较电动泵长，这降低了系统响应速度，但工况越高，系统响应速度越快；高工况启动时，甲烷在冷却通道内的剧烈相变和跨临界状态的不连续物性相互耦合易引发系统振荡；就调节过程而言，推力调节时普遍存在超调或凹坑现象，且系统在两相同工况之间调节时，正调响应速度快于负调，这也导致阶跃幅值相等条件下的系统调整时间随目标工况升高而缩短。     

电动直升机关键性能指标及影响因素研究

本文基于电池、电机当前的技术水平和发展趋势，结合直升机性能估算方法，对某轻型直升机进行了全电化改型方案设计与性能计算，分析了改型前后续航能力和悬停升限等关键性能指标的变化，给出了电池能量密度、重量占比、电机功重比等对电动直升机性能的影响规律，提出了现阶段直升机全电化改型的建议。结果表明，当前电动直升机的续航能力仅能达到油动直升机的8%左右，但其悬停升限明显优于油动直升机，可根据实际任务场景，选择增加电池重量占比、加装辅助升力装置等方式提高电动直升机的续航能力。