多电飞机与电力电子

ASG
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多电飞机的优点
Pneumatic Ducting and Associated Systems Eliminated
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B787 VFAC S/G发电机电路图
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B787 VFAC S/G起动工作系统图
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机电作动机构的组成
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多电飞机的特点
多电飞机特点之三
对飞机和发动机做减法，卸去包袱，简化结构， 简化地面支援设备； 多电飞机建立在电工科技发展的基础上。
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A380飞机的操纵部件和作动功率
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 部件名称 副翼 升降舵 方向舵 配平 襟翼与阻力板 起落架 机轮刹车和转向控制 作动系统总功率 作动面积/m2 6×4 6×12 2×20 205 作动功率/kW 总功率/kW 6×6 6×10 2×10 50 150 175 9 36 60 20 50 150 175 9 550
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B787大功率调速电动机
序号 1 2 3 4 5
设备名称 电动液压泵 电动压气机 电动风扇 制氮电动机 调速电动机总功率
数量 4 4 2 1
单台功率/kW 75 75 25 50
总功率/kW 300 300 50 50 700
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电液作动机构的构成
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电动环境控制系统压气机
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多电飞机的特点
多电飞机特点之一：电源容量大 飞机电源总容量：
A380 B787 F35 910kVA 1460kVA 250kW
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电源额定功率
多发动机客机电源额定功率
序号 1 2 3 4 5 6 7 飞机型号 B747-200 B747300/400 DC-10 伊尔-76 MD-11 A340 A380 最大起飞 重量/t 362-394 362-394 259 151 273 275/365 560 始用日期 1970 1980/1985 1971 1983 1990 1990 2007 主电源功率 /kVA 4×60 4×75/90* 3×90 4×60 3×100/120* 4×75/90* 4×150 辅助电源功率 /kVA 2×60 2×75/90 90 60kVA+12kW 90 90/115* 2×120 多电飞机 辅助电源 为双输出 主电源为 IDG，辅 助电源为 APU** 备注
6
F-35
1
2007
* IPU组合动力装置是APU和应急动力装置EPU的组合。
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多电飞机的特点
多电飞机特点之二：飞机上的二次能源用电能代替
现有飞机的二次能源 机械能 液压能 气压能 电 能 多电飞机的二次能源 机械能
3
21世纪初的三种新飞机
B787 美国波音公司
空机重量 ：154,000公斤 载客量：210~330人 双发，双通道 发动机： - 通用电气GEnx - 劳斯莱斯(Rolls-Royce)Trent 1000
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Input Shaft
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B787 VFSG的技术指标
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
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技术指标 结构型式 额定电压 额定电流 额定频率 额定功率 过载能力 功率因数 极对数 转速 起动转矩 冷却方式 效率 电机干重 平均故障间隔时间
单位
数据 旋转整流器式同步电机
2
21世纪初的三种新飞机
A380 欧洲空客公司
空机重量 ：280,000公斤 最大载客量：853人 四发，双通道，双层 发动机：4台涡轮风扇喷气式发动机 - 罗尔斯-罗伊斯公司Trent900 - 发动机联盟GP7200
A380
欧洲空客公司
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B787使用的变频交流和28V直流电动机
序号 1 2 3 4 5 6 使用电能 230V 360 － 800HzAC 230V 360 － 800HzAC 230V 360 － 800HzAC 115V 360 － 800HzAC 115V 360 － 800HzAC 28VDC 设备名称 燃料泵 环境控制系统循环风扇 冰箱电动压缩机 设备冷却风扇 冰箱电动压缩机 燃料泵
多电飞机与电力电子
严仰光
南京航空航天大学 航空电源航空科技重点实验室
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21世纪初的三种新飞机
多电飞机
A380 欧洲空客公司
B787 美国波音公司
F-35 美国洛·马公司
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多电飞机的优点
集中式飞机液压能源的替代
飞机舵面和其它机构的操纵 机电作动机构或 电液作动机构
集中式液压系统
附件机匣传动 的液压泵和飞 机的液压管路
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提高飞机的可 靠性生命力和 经济性
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电源额定功率
双发动机客机电源额定功率
序号 飞机型号 1 2 3 4 A310-300 B767 B777 B787
最大起飞 重量/t 150 159 229 163
始用日期 1983 1982 1995 2010
主电源功率 /kVA 2×75/90 2×75/90 2×120kVA+ 20kVA 4×250
多电发动机—多电飞机技术的核心
不提取压流后空气 内浆式起动发电机 磁浮轴承 分传式数字发动机控制系统
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IPU和内装起动发电机
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* 恒速恒频电源115/200VAC 400Hz组合传动发电机IDG, 75/90中75为额定功率，50%过 载和100%过载以75kVA计，为112.5kVA和150kVA，90kVA时可长期工作。 ** 辅助动力装置与发电机组合
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VAC AAC Hz kVA % cosφ r/min Nm % kg h
230/400 361 360-800 250 125% 5' 175% 5'' 0.75-0.95 3 7200-16000 ≮180 喷油 >90 92 30000
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电能
液压能 气压能 电 能
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多电飞机的优点
飞机发动机附件机匣的简化或取消
附 是一个复杂的齿轮传动装置； 件 将发动机的机械能传到各设备； 机 匣 包括滑油泵、燃油泵、液压泵、发电机、起动机。
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多电飞机的优点
Lifting Lug
Input Shaft Supply Core Scavenge Core Alignment Pin Rating: 225 kVA Frequency: 360–440 Hz Weight – dry: 122.7 lbs. MTBF: 40,000 FH MTBUR: 30,000 FH ASGs Installed On APU APU
4
21世纪初的三种新飞机
F-35 美国洛·马公司
空机重量 ：12,020公斤 标准的武器配备： 枚空空导弹和 枚空空导弹和2 标准的武器配备：2枚空空导弹和 枚JDAM Pratt & Whitney JSF119-611加力 涡扇发动机
F-35 美国洛·马公司
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起动发电机的应用
简化取消附件机匣，省去了空气或燃气起动机及相关设备。 B787——简化附件机匣，附件机匣上仅有起动发电机 F-35的IPU ——取消附件机匣，起动发电机和发动机组 合于一体。
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多电发动机
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VFAC电源给调速电动机的供电
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多电飞机电气设备的特点
电气加温与防冰除冰用电量增大 调速电动机和伺服电动机大量增加 多台大功率起动发电机同时工作 数字控制与通信网络广泛应用 电源和配电系统可靠性要求大幅度提高，余度、容错、不 中断供电系统逐步完善 电气设备工作环境更恶劣
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大功率调速电机控制器
Controls
Output Filter Common Motor Start Controller (CMSC)
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多电飞机的优点
不提取发动机压缩后的空气
电气加温和防冰设备； 电动飞机环境控制系统（增压，温度和湿度的调节）； 提取轴马力比引气更省燃油。
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多电飞机的优点
大大提 高可靠 性
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B787的起动发电机(VFSG)
Rating: 250 kVA Frequency: 360–800 Hz Weight – dry: 203 lbs MTBF: 30,000 FH MTBUR: 20,000 FH
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辅助电源 功率/kVA 90 90 120 2×225
备注
主电源为IDG， 辅助电源为APU 20 kVA为变速恒 频电源 多电飞机
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电源额定功率
战斗机电源额定功率
序 号 1 2 3 4 5 飞机 型号 F-15C F-16 幻-2000 苏-27 F-22 发动机 数 2 1 1 2 2 最大起 飞重量/t 30 16 17 34 27 1997 始用日 期 1974 1978 1983 主电源 功率/kVA 2×40/50 40 20 2×30 2×65kW 250kW 22 kW IPU * 主电源和辅 助电源 270VDC 270VDC 多 电飞机 5 辅助电源 功率/kVA 备注 主电源为IDG 应急电源为 5kVA 20kVA为变速 恒频电源