用于电动机技术的概述更多的电动飞机资料

用于电动机技术的概述更多的电动飞机(MEA)

摘要：提出了一种电机驱动技术的概述关于安全性至关重要的航天应用程序一个特定的焦点放在机器上，选择候选人和他们的驱动器拓扑。飞机应用需求高可靠性、高可用性和高功率密度。目标减轻重量、降低复杂性、燃料消耗、操作成本,和对环境的影响。新型电动驱动系统能满足这些需求并提供重要的技术，经济改善传统的机械、液压、或气动系统。容错电机驱动可以实现。通过分区和冗余多通道的使用三相系统或多个单相模块。分析方法采用比较笼感应,点电机技术及其优缺点。分析表明,双三相PMAC电动机驱动器可能是一个理想选择通用航空航天应用,平衡必要的冗余和过分复杂的平衡密度,同时保持一个平衡的操作失败。模块化的单相的方法提供了一个很好的折中之间的大小和复杂性,但有高总谐波扭曲时供给和高转矩脉动。对于每个特定的飞机的应用程序,一个参量的优缺需要合适的电机配置的耦合电磁和热分析,验证了有限元分析。指数按以上条款执行,航空航天工业,无刷点电机,容错,更多的电动飞机、多相的机器,可靠性、安全性至关重要的驱动器,变速驱动器。

1.介绍

交通的年率自二十世纪七十年代年代以来已经增长到9%,拉近了世界的距离变成了一个地球村。然而,今天的民用航空运输仍然存在昂贵的和占2%的人为CO 2排放[1]。因此,飞机运营商和航空行业预计将提供持续的改进提高安全、性能和可用性,同时降低成本,噪音,和CO 2排放。为了满足这些期望,航空航天系统正在经历一个长期的过渡从使用机械、液压和气动动力系统走向全球优化的电气系统。

电动马达驱动器有能力将电能转换为驱动执行器,泵,压缩机和其他子系统速度变量。使用结合先进的电力电子和控制单元-给图[2],电动驱动器可以提供收益总体效率,重量储蓄、可靠性和成本效益,而会议要求。在此基础上,飞机行业的最终目标是实现“所有电动飞机移动运用所有的电力系统电源。据估计,一个AEA 可以减轻飞机重量的10%和燃料消耗9%图[3]显示。因此,空客A380和下一代波音787飞机功能电驱动执行机构如[4]:空客A380新的变频115 V交流电的电力供应,而波音787±270 V有直流电(dc)配电的公交车。

飞机安全性至关重要的应用程序完全是可以理解的保守疗法在实施新的想法和技术。在某种程度上,有一个趋势在航空工业增加电气控制和驱动的扩散在空气里。机械驱动制动器已经逐渐取代液压制动器与电定速——“电液驱动伺服阀控A380,电器液压制动器提供液压驱动从一个本地化的泵和储层,允许操作一个电力供应。这种“电”进展允许减少机械联系,后来呢液压动力供应网络,简化维护和减轻重量。例如,电动发动机燃料泵,液压的地方,已经认识了提供的好处在于系统效率、重量和大小、速度和灵活性控制如图[5]。这些目前称为分段目标“更多的电动飞机”(MEA)。

2：电动飞机的历史

电驱动飞机的概念远不是新的。1916年,电气驱动的飞机被首次提出如图[6]。第二次世界大战期间,英国“V”轰炸机电力用于主飞行控制和其他功能如图

[7]。然而,随着机械、液压、和电气动驱动器达到技术成熟度和被广泛接受,成为二级的标准驱动力量[7]:

•如液压:对于大多数驱动功能（例如降落齿轮、制动和飞行控制系统)。

•气动:增压、除冰和空气调节。

•电力:航空电子设备和实用函数。

表1

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3. 应用的意图

考虑安全性至关重要的驱动器的关键领域是飞机引擎发电机,飞行表面制动器、引擎

燃料泵和起落架前轮转向系统。在发电机的情况下,“更多的电动发动机”的概念建议把电动背包或燃气轮机作为引擎。

本文只关注了制动器、发动机水泵和起落架涉及的电机技术。一般来说,电气系统包括传感器、电机和电力电子。作为一个整体,他们应该提供的飞机应用程序所需的能力,这是基础在[14]以下因素:

•可靠性;

•重量;

•功率密度;

•效率;

•控制特性和复杂性;

•设计和制造的复杂性;

•热鲁棒性;

•大小;

•成本。

当优化电动系统时,通常这些标准在冲突这样一个权衡总是需要匹配所需的特定的应用程序。如。容错执行机构,重点放在如何实现完整的转矩速度和角度(即。,转矩脉动问题),燃料泵,它是的意思是确定所需的泵阻力矩转矩/速度剖面。

A: 飞行表面控制驱动

皮瓣和板条飞机的机翼上表面(图1)需要控制用于电梯什么时候起飞和降落。现有的商用飞机通常使用两个机械液压马达,通过轴运行总结翼展的长度。所有襟翼的相对位置监控,因为他们的对称性在两翼是至关重要的飞行可控性。如果出现皮瓣不对称或燃料泵发生故障,所有的皮瓣是防止进一步锁定在适当的位置不稳定。用电机取代这些机械液压系统驱动形式的个人执行机构在每一瓣表面可以提供更大的功能[15]和消除需要什么集中液压泵[16],轴系,管道工程,其他辅助服务提供,有可能提高系统可靠性主要锡箔能力和质量。

全面皮瓣致动器被构建和演示在试验装置(图2)。它的目的是提供3.4海里10 千米11800:1传动装置,而同步襟翼的精度大于0.25%的全部旅行期间在所有其他时间收缩0.5%。电力驱动汽车是一个三相永磁交流(PMAC)电动机定额过高因子为50%,使断裂时继续操作。

B: 发动机燃料泵

在民用航空器,机械功率提取推进发动机轴,然后传送到燃料泵通过发动机变速箱。这是图3所示[12]。燃料泵由低压传输泵(发动机是否有如下5000 psi)和高压燃油泵(5000 psi或以上)。传统上,前者是电动和后者机械(齿轮)和液压驱动。这是后者需要电气化节省空间,增加效率,降低维护要求。重要的是,而不是发动机转速机械方法,电动燃油泵提供变速解决方案和可以动态地控制燃油流量匹配实际需求,减少燃料消耗,操作,和维护成本。

一个容错燃油泵马达驱动原型(图4)。这是一个四阶段,30 千米表面100千瓦安装PMAC运动1/3的定额过高的因素。这是能够处理一个单一的电气故障发生。

C: 起落架前轮向系统

目前,商用飞机起落架是液压驱动的。最小回转时间需要允许液压油冷却,离刹车。一个项目展示的电气系统液压系统以提高飞机的安全[17]图5所示。容错是通过实现使用双三相点电动机在一个套管,与标准±270 V直流供电的额定负载以12海里的速度1000转。前轮转向只使用在滑行,因此它的安全需求没有那么严