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分布式混合电推进系统动态实时建模与控制
1
作者 陈子言 周楠 +2 位作者 严家桐 姜彩虹 周文祥 《南京航空航天大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期702-712,共11页
为了对分布式混合电推进系统进行性能分析及控制方法研究,建立了半涡电分布式推进(Turbo-electric distributed propulsion,TeDP)系统的动态实时模型。基于部件级建模方法搭建了涡扇发动机、涵道风扇以及电机等动态模型。采用分布式迭... 为了对分布式混合电推进系统进行性能分析及控制方法研究,建立了半涡电分布式推进(Turbo-electric distributed propulsion,TeDP)系统的动态实时模型。基于部件级建模方法搭建了涡扇发动机、涵道风扇以及电机等动态模型。采用分布式迭代的方式,设计了一种基于功率平衡的半涡电分布式推进系统的实时计算方法以提高实时性。提出了一种基于增量式模糊逻辑的能量分配策略以保证主发动机与电系统的稳定安全运行。计算结果表明:模型在主频为2.1 GHz的计算机上平均单步仿真耗时0.126 ms,初步验证了模型的实时性。所设计的能源分配策略能有效根据电池电流、荷电状态(State of charge,SOC)来调节低压轴提取功率,保证电流不超限,同时电池SOC处于健康范围。 展开更多
关键词 混合电推进 分布式推进 直接推力 模糊逻辑控制 能量管理策略
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基于绿色能源的分布式混合电推进系统性能分析 被引量：1
2
作者 陶智 余明星 +2 位作者 李海旺 谢刚 李雅男 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期101-110,共10页
基于绿色能源的电推进飞行器是是航空运输业实现碳中和的重要技术途径。本文旨在利用理论分析和数值计算的手段,研究基于绿色能源的分布式混合电推进系统的性能,重点关注锂电池和固体氧化物燃料电池(SOFC)在航程和载荷方面的影响。本研... 基于绿色能源的电推进飞行器是是航空运输业实现碳中和的重要技术途径。本文旨在利用理论分析和数值计算的手段,研究基于绿色能源的分布式混合电推进系统的性能,重点关注锂电池和固体氧化物燃料电池(SOFC)在航程和载荷方面的影响。本研究构建了一个包含多种能源形式的混合电推进系统架构,并基于能量流建立了功率传递模型,推导出综合考虑部件特征参数、能量分配参数、飞行气动参数的电推进系统航程方程和载荷方程。研究结果显示,在航程方面,锂电池的能量分配系数和能量密度对飞机航程有显著影响,特别是在能量密度阈值之上,增加锂电池的能量分配系数对提升航程有正收益。此外,SOFC的能量分配系数和效率的增加也提高了飞机航程,特别是在其高值区域。在载荷方面,上述锂电池和SOFC参数对飞机零燃料质量(MZF)和有效载荷具有重要影响,尤其在高能量密度、高效率和高能量分配系数的情况下飞机的载荷性能改善最佳。参数敏感性分析揭示了升阻比、边界层吸入(BLI)风扇效率、锂电池荷电状态(αsoc)和氢燃料剩余状态(αsoh)对航程的显著影响,其中在以往研究中较少出现的αsoc和αsoh的敏感性分析不容忽视,对其进行更为精确和可靠的状态估计有助于优化航程和载荷的性能表现。 展开更多
关键词 绿色能源 混合电推进 分布式电推进 边界层吸入风扇 能量分配
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氢电-锂电通勤飞机分布式推进系统匹配设计 被引量：1
3
作者 王宇 伍庭佳 +1 位作者 李湘 余雄庆 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期27-35,共9页
针对通勤类飞机总体设计参数和飞行任务剖面需求,根据氢电-锂电推进系统架构方案,提出了推进系统参数匹配方法和能源动态平衡管理策略。以19座级通勤飞机作为验证对象,对其动力装置和储备能源进行了选型和管理研究。根据选型的分布式推... 针对通勤类飞机总体设计参数和飞行任务剖面需求,根据氢电-锂电推进系统架构方案,提出了推进系统参数匹配方法和能源动态平衡管理策略。以19座级通勤飞机作为验证对象,对其动力装置和储备能源进行了选型和管理研究。根据选型的分布式推进气动布局方案,进一步采用全析因试验设计方法分析了螺旋桨转向对飞机气动特性的影响,获得了有利于飞机巡航状态的螺旋桨转向配置方案。 展开更多
关键词 通勤类飞机 燃料电池 参数匹配方法 分布式电推进
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分布式电推进螺旋桨飞机旋转颤振
4
作者 曹婷婷 杨佑绪 +2 位作者 余灵富 成志勇 叶博 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2627-2635,共9页
由于采用多个螺旋桨动力,旋转颤振成为分布式电推进飞机面临的重要气动弹性问题之一。基于机翼/短舱/桨耦合系统的运动关系及力作用关系,考虑机翼对螺旋桨的下洗和侧洗效应,推导出机翼、短舱和螺旋桨耦合系统的运动方程。将多套短舱/螺... 由于采用多个螺旋桨动力,旋转颤振成为分布式电推进飞机面临的重要气动弹性问题之一。基于机翼/短舱/桨耦合系统的运动关系及力作用关系,考虑机翼对螺旋桨的下洗和侧洗效应,推导出机翼、短舱和螺旋桨耦合系统的运动方程。将多套短舱/螺旋桨动力的陀螺力矩和螺旋桨非定常气动力引入机翼结构动力学模型,建立分布式电推进螺旋桨飞机颤振模型。通过对动力系统展向位置和动力系统数量的变参分析,研究分布式电推进螺旋桨飞机关键动力布局参数对旋转颤振特性的影响规律,并评估了2种典型的分布式电动螺旋桨飞机布局的颤振特性。结果表明:动力系统位于0.8倍翼展附近时,旋转颤振速度明显提高,而其他安装位置的参数不敏感。从翼根向翼梢逐渐增加动力数量的过程中,当动力个数少于5时,机翼的颤振速度对动力个数参数不敏感,而当动力个数增加至6时,机翼的经典颤振速度和旋转颤振速度均显著提高。在总刚度、总质惯量、总滑流效应和总功率等总体设计指标相当的前提下,动力系统相同分布式方案更佳,更有利于提高经典颤振速度和旋转颤振速度。 展开更多
关键词 旋转颤振 分布式电推进 螺旋桨飞机 陀螺效应 气动弹性
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分布式电推进飞机能量优化动态管理技术研究 被引量：3
5
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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航空燃气涡轮-电混合动力系统关键技术分析 被引量：4
6
作者 伏宇 刘昭威 +1 位作者 郑天慧 王鹏 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期73-83,共11页
本文介绍了串联式和并联式混合动力系统的基本原理与性能特点,对混合动力的性能优势来源进行了原理性阐述。针对混合动力的系统架构,分析了性能设计、控制系统、电机设计以及热管理方面的关键技术。航空燃气涡轮-电混合动力技术的发展,... 本文介绍了串联式和并联式混合动力系统的基本原理与性能特点,对混合动力的性能优势来源进行了原理性阐述。针对混合动力的系统架构,分析了性能设计、控制系统、电机设计以及热管理方面的关键技术。航空燃气涡轮-电混合动力技术的发展,有可能对传统航空发动机领域产生颠覆性变革。需要打破原有航空发动机热力机械设计思维,将动力系统所涉及的推进、电能以及热管理进行融合设计,推动航空动力系统效能进一步提升。 展开更多
关键词 燃气涡轮 电推进 混合动力 航空发动机 综述
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混合动力推进系统协调控制方法
7
作者 龚子羿 王伟 舒泰歌 《航空发动机》 北大核心 2025年第4期129-141,共13页
为了发展绿色清洁能源、提高飞机燃料效率并降低排放,建立了混合动力推进系统(HEPS)协调控制方法。通过提出HEPS飞机级、系统级、部件级的运输任务指标,分析了现有的HEPS架构,建立了并联式HEPS的1维部件级模型。采用最小二乘法建立了稳... 为了发展绿色清洁能源、提高飞机燃料效率并降低排放,建立了混合动力推进系统(HEPS)协调控制方法。通过提出HEPS飞机级、系统级、部件级的运输任务指标,分析了现有的HEPS架构,建立了并联式HEPS的1维部件级模型。采用最小二乘法建立了稳态工作点的线性状态空间模型,结合任务指标函数获取了系统可行域。基于线性状态空间的参数预测模型设立了线性二次项的目标函数,在满足凸集假设下转化为带约束的线性规划(LP)问题,并借助交替方向乘子(ADMM)算法求解控制输入,实现了相同推力条件下的HEPS协调控制。结果表明:在相同推力条件下,该协调控制方法降低了系统等效燃油消耗率和发动机燃油消耗率,且同时满足安全裕度。 展开更多
关键词 混合动力 推进系统 多电飞机 协调控制 模型预测控制 齿轮传动涡扇发动机
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燃料串/并联的航空SOFC-GT混合系统性能对比分析 被引量：1
8
作者 刘禾 王静贻 +3 位作者 秦江 修心岩 姬志行 董芃 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期111-121,共11页
固体氧化物燃料电池-涡轮(SOFC-GT)混合系统作为电推进飞机的动力源时,会面临低温低压的大气环境以及对重量有严苛的要求,因此通过优化系统构型使得该混合系统满足航空应用是一种有效的解决方式。为此本文提出了燃料并联和串联的两种SOF... 固体氧化物燃料电池-涡轮(SOFC-GT)混合系统作为电推进飞机的动力源时,会面临低温低压的大气环境以及对重量有严苛的要求,因此通过优化系统构型使得该混合系统满足航空应用是一种有效的解决方式。为此本文提出了燃料并联和串联的两种SOFC-GT混合系统构型,并从热力循环理论、系统热力学性能以及系统功重比等方面依次对其进行了对比分析。结果表明,并联系统的热力学性能要优于串联系统,对于系统发电效率、比功和功重比分别提高3.32%,113.14%和34.04%,CO_(2)排放率降低3.22%。随压比的提升串联系统的效率存在最优点,随燃烧室温度的提升并联系统的效率持续下降。在空燃比为4~6的变化范围内,串联系统的输出功率变化幅度更大,相对并联系统为116.29%~87.11%。除此之外,虽然SOFC-GT混合系统的功重比相对较低,但基于其优异的效率,在系统能量密度方面整体要优于锂电池,这有利于提升电推进飞机的性能。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 燃气涡轮 发电系统 热力学性能 电推进飞机
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