微特电机在航空航天航海领域的应用

微特电机在航空航天航海

领域的应用

Prepared on 24 November 2020

哈尔滨工业大学

寒假社会调查报告

题目：微特电机在航空航天航海领域的应用

指导教师：邹继斌

院系：电气学院电气工程系

班级： 1306103

姓名：鹿明川

学号：

日期： 2014年02月18日

微特电机在航空航天航海领域的应用

摘要：随着上世纪人类进入电气时代，电机逐渐在人类社会占据了极其重要的地位，成了人类文明不可或缺的组成成分。作为电机的一种，微特电机具有许多优于常规电机的特性，在国民经济各个领域中的应用十分广泛,极具发展前景，在航空、航天、航海等高端领域起着十分重要的作用。本文就什么是微特电机、微特电机在航空、航天、航海等领域的应用及微特电机的当前发展状况进行了调查和分析。

关键词：特种电机、航空、航天、航海。

调研背景：自20世纪80年代以来，微特电机的国内需求在不断增长。我国已引进50余条生产线，实现25个大类、60个系列、400个品种、2000个规格微特电机大批量、规模化生产。主要产品是有刷永磁直流电动机、小功率交流电动机、交直流串激电动机、罩极电动机、步进电动机、振动电机等。中国微特电机产量约占世界总产量60%，且市场需求潜力

大，微特电机行业是一个非常有发展前景的行业，作为电气工程专业的学子，必须对其有充分的了解，因此做此关于微特电机在航空、航天、航海领域应用的调研。

一、微特电机

微特电机，全称微型特种电机，简称微电机，特殊用途的微特电机微特电机常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自态角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等13大类。微特电机尚无统一明确的定义,通常指的是结构,性能,用途或原理等与常规电机不同,且体积和输出功率较小的微型电机和特种精密电机，微特电机与传统感应电机、同步电机和直流电机相比，在工作原理、励磁方式、技术性能或功能以及在结构上有较大特点。

现代微特电机技术融合了电机,计算机,电力电子,自动控制,精密机械,新材料和新工艺等多种高新技术,是现代武器装备自动化,工业自动化,办公自动化和家庭生活自动化等不可缺少的重要技术。

微特电机在国民经济各个领域中的应用十分广泛, 在航空、航天、航海等领域起着十分重要的作用。如陀螺仪作为现代惯性导航系统的核心原件，在航空、航天、航海领域都有着十分广泛的应用，而特种电机的应用改善了陀螺仪的运动特性（定轴性、进动性、陀螺力矩），使得陀螺仪的精度得到提高。

二、微特电机在航空领域的应用

在航空领域，飞机上的发动机起动,起落架收放,水平舵,方向舵,襟翼,副翼的操纵等,均是由特种电动机来完成。

目前,航空交流电源系统基本都采用三级式无刷同步电机作为发电机,无刷同步电机电源品质好且易于实现大功率输出,可满足大型飞机对电源系统的要求。传统的三级式航空发动机需由专门的起动机进行起动,这样的发动机-电源系统包含两套电机,使得其体积和重量都比较大,且系统复杂,可靠性降低。起动/发电一体化电源系统利用励磁机运行在电动状态来完成发动机的起动,省去了专门的起动机,减轻了机载重量和系统体积,对于大型飞机的发展具有重大意义。为了实现无刷励磁同步电机起动/发电的一体化,并保证其可靠性,在不增加起动绕组的基础上,利用原励磁机的励磁绕组,通入单相交流电进行励磁。单相交流电可建立起交变的磁场,在励磁机的电枢绕组上产生感应电势并为主发电机提供励磁,如果励磁足够强,主发电机就可以实现起动。

为了确保飞行安全,必须对飞机上各种仪器设备进行定期检修和更换,因此迫切需要一种能精确累记各种仪器设备运行时间的计时仪器,该仪器简称为航空计时器。以往人们采用的是机械式计时器,由于它的精度不高,结构复杂,又比较重,因而研制了电子式航空计时器。它的特点是精度高,结构简单轻巧,现正在逐渐被广泛应用。而电子式航空计时器即应用了阶梯极式步进电机（属特种电机）。

另外飞机应急放油阀、航空发动机数控系统、航空座椅、航空相机等也应用了特种电机。

三、微特电机在航天领域的应用

在航天领域，由于高真空，无刷直流电动机的优势是最明显的。宇宙飞船许多重要性能如飞行姿态控制装置、展开机构控制及节流阀等都依靠电动机。航天用电动机在高真空度、强辐射和宽的运行温度的环境下必须具有长寿命和高可靠性。虽然有各种型式的电动机可供利用,但并非所有的都适合。如宇宙飞船中用的各种泵，都使用了许多无刷电动机。

在航天领域,卫星天线的展开和偏转,飞行器的姿态控制,太阳能电池阵翼驱动,宇航员空调系统以及卫星照相机等,都需要高精度的微特电机来驱动.比如,天线展开系统要求转矩大,转速低,为了减小质量,缩小体积,采用高速无刷直流电动机与行星减速器组成一体.又如太空飞船的电源是太阳能电池阵,为了获得最大能源,要求太阳能电池阵翼正对太阳,这就要求电机不断地调整阵翼的方向,常以步进电动机为动力.

航天电动舵机系统正向着输出力矩大、响应速度快、功率大、体积小、集成度高、全数字化方向发展。无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性,且结构简单、运行可靠。应用了特种电机的航天电动舵机系统具有高精度控制、多功能保护等功能,并具有输入电压范围宽,输出电流大、体积小、易于控制、接口可靠、抗干扰能力强,方便MCU控制等特点。更加适合航天飞行器的需求。

另外卫星水色扫描仪等也要应用特种电机。

四、微特电机在航海领域的应用

微特电机在航海领域应用也十分广泛。如航海罗经模拟器在偏转角度不同时需要不同的旋转速度,因此利用单片机控制步进电机的变频输出,进而实现控制罗经数据转盘具有不同的旋转速度。与传统的遮光盘控制相比,使用步进电机驱动控制的航海罗经模拟器具有控制精度高、响应速度快等优点。

中小型水下航行器是指某些军用武器(如鱼雷)和各类水下勘察机器人等，近年来在军事领域和海洋科学调查方面得到越来越广泛应用。推进装置是水下航行器最重要的组成部分，其性能直接关系到航行器的速度、时间、成本、效率和可靠性等。为克服现有双螺旋桨推进电机系统的种种弊端，利用双螺旋浆推进用新型永磁电机设计的推进电机系统，不仅可大大简化推进系统的结构、减小体积、降低重量、成本和噪声，而且没有电刷滑环，运行更加安全可靠。

在航海的发动、推进、导航、探测等诸多方面都应用到特种电机。

五、微特电机的发展前景

就当前发展而言，我国的微特电机行业尚处于发展阶段。目前，处在微特电机发展先进行列的国家有日本、德国、美国等。如今，在国际上，微特电机正在向永磁化、无刷化、智能化、高性能和轻薄短小化、机电一体化、组合化等技术方向发展。可以说当前的发展趋势使我国微特电机行业在面临良好发展机遇的同时面临着严峻的考验，如果能抓住机遇，我国微特电机行业将跻身世界前列。

结语：本文以“微特电机在航空航天航海领域的应用”为题，就什么是微特电机、微特电机在航空、航天、航海等领域的应用及微特电机的当前发展状况进行了调查和分析。简要阐述了微特电机的定义及微特电机在航空、航天、航海等领域的应用，并用国内外对比的方式说明微特电机行业的当前发展前景，明确了学习微特电机的研究方向。

在本次调研中，由于搜集到的相关资料较少，使得调研结果不是十分全面，在此深表遗憾！但是通过本次调研，我对本专业的学习内容及发展方向有了更加深入的了解，对微特电机行业及微特电机在航空、航天、航海等领域的应用有了初步的认知。明确了微特电机行业的发展方向，确定了作为电气工程专业的学子的努力方向。