分布式电推进飞机设计技术综述

分布式电推进系统利用电力驱动多个推进器作为飞机的动力装置,在提升飞机气动效率、载运能力、环保性和鲁棒性等方面蕴藏着可供人们挖掘和利用的巨大潜能,被广泛认为是一种航空领域的颠覆性技术。本文在对电动飞机的优势和不足,电推进系统的尺度独立性以及分布式电推进飞机分类进行初步研究之后,重点从飞机工程设计的专业划分角度出发,分别从飞机总体设计、气动设计、结构设计、系统及支持设施设计等学科对分布式电推进飞机设计技术的研究情况和学术进展进行综述。随着电池能量密度、电机及控制器功率密度的不断提升以及相关机载电气设备的小型化和轻量化,分布式电推进通用飞机基本具备按需航空市场化能力,尽管仍存在一些挑战,但该技术为未来飞机设计提供了更多的权衡空间与可能性。     

电塑性及电流辅助成形研究动态及展望

航空航天等领域对高性能、轻量化和高功效构件精确成形成性的要求,迫切需要发掘和提高难变形材料的成形潜力。金属等材料在电流辅助加载时塑性提高和变形抗力降低的电塑性效应（EPE）,与传统塑性加工技术相结合发展出的电流辅助成形（EAF）工艺,可望大幅提高材料成形极限和成形质量,是实现难变形材料难成形结构精确成形制造的极具前景的技术。基于EPE测试表征方法的研究进展分析,综述了焦耳热效应、电子风效应及磁效应等EPE作用机理的研究动态,从回复、再结晶、相变及缺陷修复等方面,分析总结了电流处理对材料微观组织和性能的影响规律和作用机制,进而讨论了电塑性拔丝、轧制及微成形等EPE用于成形过程的EAF研究进展。基于上述研究动态分析,总结提出了电塑性机理方面尚待解决的科学难题、EPE驱动EAF工艺创新及工业化应用所面临的技术挑战。     

电弧等离子体发动机初步研究

对一实验电弧加热式发动机二维轴对称亚跨超音速流动进行了数值模拟,所采用的方法是矢通量分裂算法.通过计算可以得出密度、速度、温度、压力和马赫数的分布.给出了计算所使用的网格和一些计算结果.简要介绍了实验所使用的设备,如电源系统、点火系统、推进剂供给系统、电弧加热式发动机、推力测量装置和真空系统.对所观察到的一些工作现象进行了讨论.有三种不同的不稳定性出现于实验过程.除了所测量的一些重要参数,通过实验发现氩比氮工作更稳定.     

铝合金阳极化膜上铈转化膜沉积的电化学研究

阳极氧化膜在含1g/L CeCl₃和2.7 g/L H₂O₂的水溶液中阴极电解可以在其表面沉积富铈转化膜.用循环伏安、φ-t和j-t曲线等电化学测试方法对转化膜成膜反应进行了研究,以期获得对成膜机理的深入了解和证实根据其它工作提出的成膜机理.研究结果表明铈转化膜的生成包括阳极氧化膜的化学溶解和4价铈化合物的电化学还原两个过程;在阴极电位达到析氢电位之前,这两个过程主要是由H₂O₂在阴极的电还原改变了阴极表面附近溶液的局部pH值引起的,而O₂的还原通常不能引起这两个过程的发生.      

射频电子源数值仿真及实验研究

射频电子源以其结构简单、不易受污染、寿命长、瞬时启动等优点,可以作为离子和霍尔电推进的中和器,显著提升其寿命和性能。为了研究射频电子源的优化设计方法,基于放电室等离子体整体模型和非双极流动模型开展了射频电子源性能的仿真评估,并对研制的1A级电子源样机开展了实验测试。研究结果显示:仿真与实验结果一致性较好,引出电子电流与收集电压、小孔直径、工质流率、射频功率相关,各参数相互耦合且存在最优组合,样机额定工作点下,电子源放电损耗为99W/A,工质利用率系数为11。     

LHT-100霍尔电推进系统集成测试研究

为了验证LHT-100霍尔电推进系统工作匹配性和工作性能,对霍尔电推进系统进行了集成测试研究,霍尔电推进系统包括霍尔推力器、电源处理单元、滤波单元、贮供单元和控制单元,对真空状态下的系统集成点火测试数据与设计指标的符合性进行了分析,研究表明:LHT-100霍尔电推进系统工作兼容性良好,系统集成拉偏后及系统宽功率范围工作正常稳定,各项性能指标满足要求,系统压力控制精度、阳极热节流器及阴极热节流器温度控制精度分别为±1.7%、±1.6%及±1.5%,系统推力83m N,比冲1600s,功率1536W,总效率48.2%,束流发散半角36.2°。     

基于 STC15单片机和 LabVIEW的电参数监测系统设计

电参数的实时监测对保障用电设备的安全和供配电系统的可靠运行具有重要意义。基于 STC15W4K56S4单片机和 LabVIEW相结合的方式,设计了 1种由上位机、主控模块和测量模块组成的无线交流电参数监测系统。测量模块以 STC15W4K56S4单片机为控制器,采用专用电能测量模块 CS5463测量电压、电流等参数,用液晶模块 OLED显示,无线数据传送采用 nRF24L01模块实现,基于 LabVIEW的上位机程序进行电参数信息显示、参数设置等,实现了远程实时监测。该系统具有测量精度高、电路设计简单、监测灵活方便、易于扩展、人机界面友好等特点。     

基于圆盘燃烧室的爆震波与来流相互作用研究

针对旋转爆震发动机传统环形隔离段不易进行光学观测的难题,设计了一套可实现隔离段流场观测的圆盘形旋转爆震燃烧室。通过数值计算和光学观测试验,对圆盘燃烧室中爆震波与来流相互作用的典型流场结构进行了研究,并分析了不同因素的影响规律。研究发现：爆震波诱导出的斜激波在向隔离段上游发展的过程中强度逐渐减弱,爆震反压的前传距离随周向角度增大出现先增加后降低的趋势;增大隔离段入口总压、减小隔离段出口马赫数、提高爆震波传播速度均有利于减缓爆震波与来流相互作用强度,提升隔离段的起动性能;试验中观测到与数值计算定性一致的隔离段流动现象,为开展爆震波与来流相互作用研究提供了有效试验观测手段。     

超大功率霍尔推力器放电参数影响仿真及试验

针对超大功率霍尔推力器放电参数特性评估,开展放电电压和流量等参数变化对性能影响的仿真及试验研究,以确定推力器设计最优匹配的放电电压及放电电流工况。建立了Particle-in-Cell(PIC)数值仿真模型,并搭建了HET-450大功率霍尔推力器试验平台;针对变放电电压、变流量下推力器放电特性,仿真计算给出了放电通道内原子密度、电势以及电子温度等分布,探究了推力器电离和加速运行机理,进一步,结合试验,开展了放电电流、推力等比对分析。结果表明：放电电压从300V增加至500V过程中,电离效率逐渐提升,因而放电电流、推力以及阳极效率均递增,而继续增加放电电压则会导致过热场的产生,离子与壁面作用增强导致电离出的离子再次复合,工质利用率下降的同时壁面损失增加,宏观表现为阳极效率的下降。此外,仿真与试验所获得放电电流、推力等结果符合良好,说明建模合适;在500V,80mg/s条件下,推力达2.1N、阳极效率60%,达到设计要求,表明设计合理有效。     

电动飞机发展白皮书

与传统飞机相比,电动飞机以电能作为推进系统的全部或部分能源,是航空业贯彻绿色航空、应对全球环境挑战的重要举措,是实现航空业2050年全球碳排放量减至2005年排放水平50%目标的必然选择,同时也是"第三航空"时代的重要标志。电动飞机开启了航空领域新一轮创新与变革热潮,引领航空技术创新、推动绿色航空发展,将对世界航空业产生革命性的影响。在电动飞机领域,目前国内外各研究机构和企业均处于起步阶段,以此为契机,我国电动航空业有望迅速达到或赶超世界先进水平,同时带动我国多个相关产业的整体发展。为进一步引领国内电动飞机技术发展、推动电动飞机产业布局,中国航空研究院组织国内优势力量,从电动飞机发展必要性、定义与分类、重点产品、关键技术、措施建议等方面,研究提出电动飞机发展白皮书。白皮书提出我国应重点发展城市空运、轻型运动、通勤运输、干支线运输等4类电动飞机;聚焦总体设计技术、高效高功重比电推进技术、能量综合管理技术、能源系统技术等重点领域关键技术发展;建议制订电动飞机发展战略规划、加大研发投入,同时关注适航能力建设与人才培养,从而推动我国电动飞机发展。