通用飞机油电混合动力系统优化与仿真

发布时间：2017-12-24 15:18

  本文关键词：通用飞机油电混合动力系统优化与仿真　出处：《沈阳航空航天大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：近年来,通用飞机作为城市间新兴交通工具越来越被人们广泛重视,随着低空领域的开放,国内通用飞机的保有量会持续增加。传统通用飞机是以消耗化石燃料为主,纯电动飞机又由于电池能量密度的制约,使飞机的整体飞行性能表现不如传统通用飞机,而装配了混合动力推进系统的飞机,不仅提高飞机在各个任务剖面上的性能表现,同时也具备了低能耗、低污染的特性。在环境污染和能源枯竭等问题日渐凸显的中国,油电混合动力飞机是具有潜力和发展前景的新型通用飞机之一。本文以德国C42双座飞机为混合动力飞机的原型机,借鉴现阶段应用于混合动力汽车上的混合动力推进系统,对油电混合动力飞机的推进系统进行优化和仿真。通过优化混合动力推进系统,实现飞机内的燃料在各个飞行任务过程中被高效利用,达到提高飞机整体飞行性能和节约燃料消耗的目的。由于机体本身空间和重量的约束限制,在整个优化仿真过程中,所选用的发动机和电动机的重量、输出功率会作为重要参数,设定混合动力飞机的起飞重量和各个任务飞行过程中的基本性能不发生改变。对发动机、电动机进行性能试验,得到转速、输出扭矩和功率的数值。在MATLAB仿真软件环境中建立混合动力飞机的动力推进系统模型,系统内各个部件在设计之初就被确定,发动机、电动机、电池、燃料、传动机构同时作为单独的模块进行开发,利用AeroSim Blockset实现整个仿真过程。为了提高飞机的飞行效率,仿真过程中会提出一种任务优化方法,这种方法与之前的轨迹优化和任务规划不同,是预先确定飞机的飞行路径点。利用这种方法作为控制策略,以达到改善飞机燃油经济性的目的。对飞行任务进行模拟,电动机能够提供额外的输出功率,提高发动机燃油消耗率。飞机推进系统的输出功率也得到提升。燃油消耗量要比原来减少20%左右,整个飞行航程增加了15%,飞机在飞行过程中的性能表现优于原型机。
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V228

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