大型民用飞机绿色滑行机轮电驱动系统关键技术研究

发布时间：2020-10-18 09:47

　　绿色航空已经成为国际航空领域迫切关注的话题。为了解决民用飞机滑行时间多年来显著上升且未来仍将上升的问题,设计一种大型民用飞机绿色滑行机轮电驱动系统,使用辅助动力装置供电,驱动安装在前起落架或主起落架的动力机轮,牵引飞机无需主发动机就可实现自主滑行。绿色滑行系统的优势包括节省燃油和维修成本,减少碳排放量和噪音污染,提高停机坪的安全性和提高滑行精度等。针对C919单通道民用飞机滑行时发动机效率低、油耗高、污染大等问题,建立民用飞机绿色滑行机轮电驱动系统总体架构,开展绿色滑行系统电驱动及综合控制策略研究,并完成绿色滑行系统中各部件和各子系统的初步集成。设计适用于民用飞机的新型机轮电驱动系统,进行大功率大转矩电机选型,并进行机轮电驱动装置的行星齿轮组参数优化。为了等效模拟动力机轮在民用飞机滑行过程中的实际载荷,设计两种转动惯量和阻力加载方案:第一种方案对小型通用飞机用质量块模拟机体质量加载,第二种方案对大型民用飞机用变转动惯量飞轮模拟机体质量加载。机轮电驱动装置无需使用主发动机或拖车就可以提供滑行能力。建立六自由度机体、起落架支柱、动力机轮的数学模型,分析包含绿色滑行系统的民用飞机的地面操纵特性。用准定常方法计算轮胎侧向力和回正力矩从而分析侧滑。在联合仿真平台中分析全机的地面转弯动力学响应,对比两侧主轮同步驱动模式、仅外侧主轮驱动模式、前轮驱动模式、两侧主轮差速驱动模式四种滑行模式的地面转弯动力学响应,得到三个结论:绿色滑行系统可以实现飞机原地转弯;两侧主轮差速驱动模式的飞机质心运动轨迹的转弯半径最小,且相较于前轮驱动模式可以降低两个主起落架垂向载荷的差值;在相同前起落架转向角的情况下,两侧主轮差速驱动模式在侧滑前的极限转弯速度高于前轮驱动模式。机轮电驱动装置具有在着陆前提供主轮预转的能力。建立六自由度飞机机体、支柱柔性变形、主轮预转的数学模型,建立刚柔耦合支柱模型和刚性支柱模型,研究动力机轮在着陆阶段的航向载荷,对比在不同主轮预转线速度的着陆工况中轮胎的航向力。得到三个结论:机轮电驱动装置预转动力主轮,降低着陆时的最大起转回弹载荷;机轮电驱动装置降低第一次着陆瞬间的缓冲器支柱卡滞风险系数;刚柔耦合模型考虑支柱柔性变形振动,所以输出的力曲线相较于刚性模型具有更多波动。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V226.6
【部分图文】：

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动力机轮替代发动机牵引飞机移动的绿色滑行机轮电驱动系统研究[4]。绿色滑行机轮电驱动系统是指民用飞机在滑行过程中无需使用主发动机，通过自身的供电系统辅助动力装置来驱动安置在起落架机轮中的牵引电机，就可以完成飞机滑行阶段的动作，有效地降低发动机油耗，减少碳排放量，延长发动机使用周期[5]。该系统还大大减少碳排放、降低噪声污染，降低停机坪上外来物损害发动机叶轮的风险，降低停机坪上地勤人员的风险。霍尼韦尔公司和赛峰公司共同开发了民用飞机绿色电动滑行系统（Electric Green Taxi System，简称 EGTS）方案[6]。EGTS 方案使用安装在主起落架机轮的牵引电机来实现驱动，并在飞行员操纵下滑行至跑道端。EGTS 技术借助飞机辅助动力装置的电力来驱动安装在主起落架机轮上的两台牵引电机，使得飞机在不使用主发动机的情况下实现自主后退和滑行。霍尼韦尔和赛峰集团称：EGTS 技术现阶段测试表明该技术可以加快滑行速度，提高经济效益，减少环境污染和地勤人员的风险，EGTS 方案可为空中客车公司 A320 飞机每段航程节省近 4%的燃油消耗，并降低高达 75％的碳排放和高达 50％的氮氧化物排放，每年可帮助航空公司每架机节省 20-45 万美元。霍尼韦尔和赛峰集团称：该方案预计将在2018年投入市场，并将在2020年大规模投入航空服务，而且已得到一些航空公司等支持者。图 1.1-图 1.6 显示 EGTS 方案中所需各部件电子样机及安装位置。

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EGTS 方案可为空中客车公司 A320 飞机每段航程节省近 4%的燃油消耗，并降低高达 75％的碳排放和高达 50％的氮氧化物排放，每年可帮助航空公司每架机节省 20-45 万美元。霍尼韦尔和赛峰集团称：该方案预计将在2018年投入市场，并将在2020年大规模投入航空服务，而且已得到一些航空公司等支持者。图 1.1-图 1.6 显示 EGTS 方案中所需各部件电子样机及安装位置。图 1.1 EGTS 方案中各部件位置

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