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电动飞机核心技术研究综述 被引量:24
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作者 李开省 《航空科学技术》 2019年第11期8-17,共10页
电动飞机技术是航空工业未来的发展方向,由于其大量减少了二氧化碳和其他污染物的排放,减少了飞机的噪声,提高了飞机效率,在未来有着广阔的市场前景,其核心技术是高效高功重比的电动机技术、高温电力电子变换技术和高能量密度电池技术... 电动飞机技术是航空工业未来的发展方向,由于其大量减少了二氧化碳和其他污染物的排放,减少了飞机的噪声,提高了飞机效率,在未来有着广阔的市场前景,其核心技术是高效高功重比的电动机技术、高温电力电子变换技术和高能量密度电池技术。核心技术的突破对于混合动力和电动力航空未来发展起着至关重要的作用。 展开更多
关键词 混合动力飞机 电动飞机 电动机 发电机 电力电子变换器 锂电池 燃料电池 太阳能电池
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Simulation of Space Charge Impact on Partial Discharge Inception Voltage in Power Busbars Dedicated to Future Hybrid Aircrafts
2
作者 Mallys Elliazar Banda David Malec Jean-Pascal Cambronne 《Circuits and Systems》 2018年第11期196-212,共17页
Reducing greenhouse gases, saving energy resources and mass optimization require technological changes towards increasingly electric vehicles. At the same time, performance improvement of semiconductor and dielectric ... Reducing greenhouse gases, saving energy resources and mass optimization require technological changes towards increasingly electric vehicles. At the same time, performance improvement of semiconductor and dielectric materials further promotes electronic components confinement, resulting in a significant increase of embedded power densities. In the particular case of future hybrid propulsion aircrafts, electrical power that intended to supply reactors would be converted through power electronics components mounted on power busbars and insulated by solid dielectrics materials. These dielectrics materials have to respond to various electrical constraints of use (HVDC), in spite of environment change of aircraft parameters such as low pressure, temperature and thermal cycles, humidity... Unfortunately, partial discharges phenomenon is the most problem within electrical insulation system (EIS). Based on a topological model of power busbars designed for power converters dedicated to hybrid aircraft, partial discharge studies were conducted by simulation in various charging conditions of a PTFE insulator. Simulation results, which focus on electric field thresholds criteria of partial discharge inception voltage in air, reveal a net sensitivity of a space charge accumulation and distribution on dielectrics behaviour even for low space charge density, depending on their location in dielectrics. Compared to the behaviour observed with implanted homocharges, when by increasing homocharges density from 0.5 C/m3 to 2 C/m3 we observe a decrease of electric field by 450%, simulation results show a highest risk of partial discharge inception when heterocharges are accumulated inside dielectrics. Their accumulation increases the electric field in triple points beyond electric field thresholds of partial discharge inception in air. The simulated electric field reaching 22 kV/mm with only 2 C/m3 of heterocharges density accumulated in dielectric/busbars interfaces. 展开更多
关键词 SIMULATION Partial DISCHARGE Space Charge POWER BUSBARS hybrid aircraft
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小型全电/混动飞机技术路线与动力系统综述
3
作者 陈起旭 王群京 +4 位作者 钱喆 李国丽 曹文平 丁石川 孙泽辉 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4966-4985,I0031,共21页
该文对小型全电/混动载人飞机的技术发展路线、航空推进电机、动力系统架构进行分析、总结与展望。首先,从载人飞机的气动布局、结构拓扑、动力源和起降形式等方面分析,分出6条技术路线,总结各自的乘客数、最大起飞重量、巡航速度、功... 该文对小型全电/混动载人飞机的技术发展路线、航空推进电机、动力系统架构进行分析、总结与展望。首先,从载人飞机的气动布局、结构拓扑、动力源和起降形式等方面分析,分出6条技术路线,总结各自的乘客数、最大起飞重量、巡航速度、功率和航程等技术指标。其次,总结已装机或拟装机航空推进电机的技术参数和应用机型。对先进航空推进电机的发展现状,按功率等级分类探讨了三相永磁电机、多相永磁电机、兆瓦级涡轮机驱动的兆瓦级电机/发电机、高温超导电机。最后,对6种动力系统架构的技术路线特点、关键技术进行梳理,分析载人全电/混动飞机未来的发展方向。国内载人电动/混动飞机领域刚起步,该文的研究工作对飞机的总体气动布局设计、功率需求、器件选型、动力系统设计具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 航空电气化 电动/混动飞机 电动垂直起降 飞行汽车 电机 动力系统
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一种增程式混合动力飞机动力系统参数匹配研究 被引量:1
4
作者 李慧颖 《机械工程师》 2019年第7期88-90,共3页
以钻石CA20飞机为平台,设计了一种增程式混合动力飞机动力系统,根据原型机的性能指标,对动力系统驱动电动机、螺旋桨、动力电池、发动机和发电机进行参数匹配,通过仿真计算和试验测试表明,动力性略低于原型机,经济性与原型机相当,整机... 以钻石CA20飞机为平台,设计了一种增程式混合动力飞机动力系统,根据原型机的性能指标,对动力系统驱动电动机、螺旋桨、动力电池、发动机和发电机进行参数匹配,通过仿真计算和试验测试表明,动力性略低于原型机,经济性与原型机相当,整机布局满足飞机要求,续航时间明显大于纯电动飞机,环保性比原型机好。 展开更多
关键词 增程式混合动力飞机 增程式混合动力系统 参数匹配
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固旋翼垂直起降混电飞行器推进系统设计 被引量:7
5
作者 宗建安 朱炳杰 +1 位作者 侯中喜 杨希祥 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期371-382,共12页
油电混电技术通过对二次能源系统的优化,不但可以提高能源的利用效率,还具有电推进独有的尺寸独立性优势,可以将多个螺旋桨分布式布局而无显著的效率和重量变化,在通用航空技术发展中具有极大的潜力和优势。基于固旋翼飞行器的顶层设计... 油电混电技术通过对二次能源系统的优化,不但可以提高能源的利用效率,还具有电推进独有的尺寸独立性优势,可以将多个螺旋桨分布式布局而无显著的效率和重量变化,在通用航空技术发展中具有极大的潜力和优势。基于固旋翼飞行器的顶层设计要求以及初始最大起飞重量的估计值,通过性能约束构造混电系统设计区间,先后得到固定翼模式动力系统和旋翼模式动力系统的初始设计参数,结合具体的飞行任务计算出电池和燃油的重量。经过多次迭代计算,并对每一次迭代获得的推进系统参数进行能量运行检验,最终确定推进系统的设计参数,包括混电系统及其各分系统重量、电池和燃油重量等。此外,在推进系统设计区间内,以功率混合度为调节变量,分析了最小化飞行器最大飞行重量(MTOM)和最小燃油消耗2种优化目标的设计差别,为不同应用场景的混电飞行器设计提供依据。最后通过对比分析,验证了设计方法的有效性。 展开更多
关键词 垂直起降 全电飞机 混合动力飞机 混电系统设计 混合电推进
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分布式动力翼前飞状态动力/气动耦合特性 被引量:2
6
作者 王科雷 周洲 +1 位作者 郭佳豪 李明浩 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期132-150,共19页
以分布式混合电推进飞行器技术研究为背景,针对分布式动力翼在前飞状态下动力/气动耦合特性开展数值模拟及分析。首先,通过对分布式动力翼各部件进行合理拆解,结合超椭圆方程、四阶Bezier曲线、CST (Class Function/Shape Function Tran... 以分布式混合电推进飞行器技术研究为背景,针对分布式动力翼在前飞状态下动力/气动耦合特性开展数值模拟及分析。首先,通过对分布式动力翼各部件进行合理拆解,结合超椭圆方程、四阶Bezier曲线、CST (Class Function/Shape Function Transformation)参数化方法等构建了分布式动力翼复杂对象的参数化模型。然后,依次对动力翼二维剖面翼型、动力翼单元翼段、分布式动力翼整体动力/气动耦合特性进行了数值研究,并与常规翼型-机翼进行了对比分析。最后,梳理了分布式动力翼内外流耦合与其二维-单元-整体特性之间的内在联系,提出了关于分布式动力翼动力/气动耦合设计思路的建议。 展开更多
关键词 分布式混合电推进飞行器 分布式动力翼 参数化模型 动力/气动耦合特性 前飞状态
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混合动力推进系统与飞机数字化设计现状与展望
7
作者 康乐 冉千禧 +2 位作者 毛军逵 余之圳 韩枫 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期84-100,共17页
本文总结了国内外针对混合动力推进系统及飞机发展专门开发的数字化设计工具,归纳了其相应设计方法及特点。综合来看,为了满足混合动力飞机的设计需求,集成高精度电系统和热能管理系统模型,建立针对性的性能评估体系、飞机与发动机设计... 本文总结了国内外针对混合动力推进系统及飞机发展专门开发的数字化设计工具,归纳了其相应设计方法及特点。综合来看,为了满足混合动力飞机的设计需求,集成高精度电系统和热能管理系统模型,建立针对性的性能评估体系、飞机与发动机设计的数据耦合交互、研究设计与安全性分析相统一的建模方法、基于人工智能方法提高优化设计管理能力是目前面向其特点的关键发展方向,并为其后续的实验验证、适航条例制定等工程应用提供重要的技术支撑和设计依据。 展开更多
关键词 混合动力推进系统设计 混合动力飞机设计 多学科优化设计 混合动力评价体系 综述
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燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统总体性能及匹配分析
8
作者 姬志行 王占学 +2 位作者 程莉雯 秦江 刘禾 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期160-173,共14页
为大幅减小发动机耗油率,降低碳排放,提升飞机续航能力,提出了基于碳氢燃料的燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统,通过预重整和高温燃料电池实现碳氢燃料的电化学利用并避免传统氢燃料电池飞机储氢困难、体积能量密度小的问题,另一方面,... 为大幅减小发动机耗油率,降低碳排放,提升飞机续航能力,提出了基于碳氢燃料的燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统,通过预重整和高温燃料电池实现碳氢燃料的电化学利用并避免传统氢燃料电池飞机储氢困难、体积能量密度小的问题,另一方面,利用燃气涡轮增加燃料电池功率密度,减小其体积和质量。以MQ-1无人机为匹配对象,通过建立推进系统质量和热力学性能模型,对混合系统进行了部件参数匹配分析。随着燃料利用率减小,燃料电池极化减小,换热器平均换热温差增加,因而混合推进系统质量急剧下降,耗油率大幅上升,该航空混合系统质量与总效率的优化方向相反。随压比增加,燃料电池功率和质量增加幅度较大,导致飞机载油量降低,但在燃料电池电流密度为常数时,对燃料电池和混合系统效率影响较小。设计条件下,混合系统中燃料电池和换热器占据混合系统质量的主要部分,超过70%。相比原型内燃机动力,混合推进系统质量约增加40%,但热效率可提高约111%。此外,混合推进系统可满足飞机在爬升阶段和巡航阶段的功率需求,装备该动力的无人机续航时间可提高97%。 展开更多
关键词 燃料电池 低碳航空 混电飞机 氢能动力 性能匹配 长航时
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考虑推力陷阱的组合动力飞行器切换控制方法研究
9
作者 张秀云 李梦龙 +2 位作者 田栢苓 李智禹 宗群 《空军工程大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期21-31,共11页
针对组合动力飞行器动力切换时的推力陷阱问题,提出了一种考虑推力陷阱的组合动力飞行器切换控制方法。首先,针对组合动力飞行器正常飞行控制需求,基于超螺旋滑模控制方法,设计了正常飞行控制器,从而实现飞行器受扰动情况下的有限时间... 针对组合动力飞行器动力切换时的推力陷阱问题,提出了一种考虑推力陷阱的组合动力飞行器切换控制方法。首先,针对组合动力飞行器正常飞行控制需求,基于超螺旋滑模控制方法,设计了正常飞行控制器,从而实现飞行器受扰动情况下的有限时间稳定跟踪参考指令;其次考虑组合动力飞行器动力切换引起的推力损失带来的控制约束,设计了输入约束控制器,实现模态转换阶段跟踪误差有限时间收敛的同时减小推力需求;然后考虑正常情况及模态转换阶段控制器的结合,设计了组合发动机软切换控制方法;最后通过仿真验证了所设计的控制器能够有效规避推力损失现象,并且能够有效保障切换控制系统的稳定性及鲁棒性。 展开更多
关键词 组合动力飞行器 推力陷阱 切换控制 输入约束控制
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串联混电飞机方案设计方法及能源管理策略
10
作者 李立 白俊强 +1 位作者 刘超宇 昌敏 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1143-1156,共14页
针对串联混电飞机,首先在给定任务需求的飞行剖面内,结合动力学特性对整机的飞行性能进行分析,将总体设计参数与各飞行段的功率能耗需求相关联,进而开展各部分组件和全机的设计选型;然后对串联混电系统中的计算逻辑和各条工作路径进行... 针对串联混电飞机,首先在给定任务需求的飞行剖面内,结合动力学特性对整机的飞行性能进行分析,将总体设计参数与各飞行段的功率能耗需求相关联,进而开展各部分组件和全机的设计选型;然后对串联混电系统中的计算逻辑和各条工作路径进行梳理和总结,讨论分析能源管理策略对方案设计的潜在影响。基于搭建的设计系统,首先针对Dornier Do 228NG飞机构型,从3个设计方面,将该方法与国外两个团队各自开发的设计方法进行对比分析,结果表明,对设计点评估的相对误差均在1.5%以内,对传统动力方案设计的各项相对误差在6%以内,而串联混电方案设计中最大起飞质量的相对误差在4%以内,验证了本文方法的可行性和有效性。其次,分析讨论了4种能源管理策略的特点和优劣势,并基于一款国外现有的串联混电飞机Panthera Hybrid,研究了不同策略下的动力系统工作特征和各项设计参数差异。其中,Light策略下的飞机起飞总质量最小,收益来源主要是起飞阶段的最大需求功率由燃油和电池动力系统同时承担,直接优化了动力系统的总质量。 展开更多
关键词 混电飞机 串联式混合电推进系统 飞机方案设计方法 质量评估 能源管理策略
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分布式电推进飞机能量优化动态管理技术研究
11
作者 金贤球 雷涛 +3 位作者 闵志豪 宋丽娜 张星雨 张晓斌 《电气工程学报》 CSCD 2023年第3期315-331,共17页
针对分布式混合涡轮电推进飞机电力系统动态能量管理技术开展研究,将分层模型预测控制(Model predictive control,MPC)算法用于其能量优化控制,针对分布式电推进飞机飞行功率需求的变化特点,采用了两层能量管理控制器的方法。即顶层MPC... 针对分布式混合涡轮电推进飞机电力系统动态能量管理技术开展研究,将分层模型预测控制(Model predictive control,MPC)算法用于其能量优化控制,针对分布式电推进飞机飞行功率需求的变化特点,采用了两层能量管理控制器的方法。即顶层MPC控制混合电推进飞机系统的飞行过程能量优化分配和多发电机组间、非关键载荷的投切状态等,实现燃油消耗代偿最小的目标,将优化问题等效为混合整形二次规划问题(Mixed integer quadratic programing,MIQP);底层MPC则控制双向DC-DC变换器,负责管理电池组的充放电状态和维持直流母线的电压动态平衡,利用储能装置的“削峰填谷”,改善并优化系统在飞行任务过程中的平衡工作点,同时实现飞机电网能量的动静态特性的协同控制,达到对混合电推进飞机电力系统的动态能量优化管理的目的,并与采用基于规则控制的能量管理策略进行了对比研究。最后通过建立基于RT-LAB的分布式电推进飞机电力系统硬件在环半实物仿真平台,对混合涡轮电推进飞机的分层MPC能量管理算法进行了技术验证,数字仿真和半物理试验结果表明其对于混合电推进飞机的动态能量管理具有很强的鲁棒性和操作性,验证了理论分析和设计的正确性。 展开更多
关键词 分布式混合涡轮电推进飞机 动态能量管理技术 分层模型预测控制 混合整形二次规划(MIQP) 半物理硬件在环仿真
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HWB中央机体结构非线性分析与方案优化设计方法研究 被引量:2
12
作者 张永杰 段宇霆 +2 位作者 赵书旺 王斌团 司江涛 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1864-1875,I0002,共13页
作为下一代大型民用飞机最具发展潜力的机型之一,翼身融合布局民机一直以来备受关注;而其非圆截面机身结构承载效率低和稳定性差等问题曾成为制约该机型发展的主要结构设计难题,由波音公司和NASA共同提出的基于PRSEUS的中央机体结构为... 作为下一代大型民用飞机最具发展潜力的机型之一,翼身融合布局民机一直以来备受关注;而其非圆截面机身结构承载效率低和稳定性差等问题曾成为制约该机型发展的主要结构设计难题,由波音公司和NASA共同提出的基于PRSEUS的中央机体结构为解决这一难题提供了技术途径。为了深入研究翼身融合布局民机中央机体结构的承载特性、非线性分析方法及其优化策略,本文针对基于PRSEUS的HWB中央机体结构,依据其几何设计要求和复杂载荷特征,建立了高保真有限元模型及其边界、载荷施加方式;依据典型载荷工况,开展了HWB中央机体结构非线性分析;最后,利用多岛遗传优化算法,对HWB中央机体结构进行了方案优化设计。对比已有文献,结果表明:HWB中央机体结构非线性分析方法具有较好的变形分布预测能力;所提出的方案优化设计策略具有一定的工程应用价值。 展开更多
关键词 翼身融合布局民机 非圆截面中央机体 PRSEUS 非线性分析 方案优化
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