电动飞机发动机舱的热仿真与风冷方案设计
发布时间：2020-12-21 10:28
电动飞机因其结构简单,清洁无污染等诸多优点,在通用航空领域有着广阔的应用前景和发展潜力,但就目前的技术水平而言,仍有很多工程问题有待解决,发动机舱的散热问题就是其中之一。在飞机正常运行时,电动机、电机控制器及各种附件、辅助设备都会产生大量的热,而飞机发动机机舱又是一个相对狭小的空间,如果发动机舱的散热性能不佳、舱内气体流动不畅,将会导致发动机舱的空气不断被加热,舱内温度过高,进而降低电动力系统各元件的使用性能、使用寿命及安全性能。因此,对飞机发动机舱进行热仿真,设计合理的冷却方案对飞机长时间稳定工作十分重要。本文以锐翔双座电动轻型飞机为研究对象,针对其发动机舱散热性能不佳的问题,以传热学、流体力学的相关理论为基础,分析了其发动机舱的内部结构组成、生热机理与传热特性,并通过CFD软件对飞机发动机舱内的温度场及流场分布进行了仿真与分析。仿真计算时,认为舱内空气流动为三维稳态湍流,且流体不可压缩,采用的湍流模型为κ-ε双方程湍流模型;对热源定义方法为指定壁面热流量法。仿真结果表明,在现有冷却系统下,电动机、控制器等热源表面存在散热不均,局部温度过高等问题。综合考虑发动机舱内外流场特性及自身结...
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“太阳神”号太阳能电动飞机
业未来发展的趋势，越来越多地受到航空制造商和运营商的重视[1]。与传统动力飞机相比，电动飞机具有运行平稳、转化效率高、节能清洁、使用维护方便等优点。人们对电动载运工具的研究工作已经持续了数十年，并取得了巨大的成就，电动汽车、电动船等载运工具的设计和制造技术已趋于成熟，被广泛应用于人们的生产和生活中。然而，由于飞机工作环境的特殊性，电动飞机的研发工作一直发展缓慢[2-5]。近年来，随着电动机，动力锂电池，自动控制等关键技术的突破，飞机电推进技术发展迅速，部分轻小型飞机已实现了动力全电动化，发挥了小规模示范作用[6,7]。电动飞机按动力来源划分主要包括：太阳能飞机、蓄电池和燃料电池飞机、其它超级电容或功率束电动飞机[1]。70 年代中期太阳能电动无人机最先研制成功，发展至今已有“太阳挑战者号”、“西风号”、“太阳神号”、“阳光动力号”等多款有人驾驶和无人驾驶飞机研制成功，图 1.1为美国的“太阳神”号太阳能飞机，图 1.2 为瑞士的“阳光动力”号太阳能飞机。目前，太阳能飞机在昼夜不间断飞行方面已取得巨大进展、滞空时间不断延长，但在能量转化效率及气动弹性方面仍存在很多不足。
图 1.3 “Cri-Cri”锂电池电动飞机 图 1.4 “E430”锂电池电动飞机图 1.4 “X-57”麦克斯韦概念机 图 1.5 “HY-4”氢燃料电池飞机超级电容是一类介于电池与电容器之间的电能存储元件，工作时依靠极化电解质储能，具有持久耐用、充电迅速、功率密度值大等优点；功率束或无线功率传输是将电源的电功率通过辐射、磁场共振、电感耦合等技术给电设备传输能量，图 1.6 为美国国家航空航天局研制的某款无线能量传输电动飞机模型。目前这种技术尚不成熟，还无法应用于工程实践中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]The simulation of thermal characteristics of 980 nm vertical cavity surface emitting lasers[J]. Tianxiao Fang,Bifeng Cui,Shuai Hao,Yang Wang. Journal of Semiconductors. 2018(02)
[2]理论分析与仿真分析辅助散热结构设计的研究[J]. 魏元,李凯,丁楠,吴璋,王晓毅. 计测技术. 2017(06)
[3]某电子设备散热设计优化[J]. 袁亚辉,万里. 机械. 2017(12)
[4]电动汽车动力控制器集成化壳体的热仿真分析[J]. 吴宗宏,李刚俊,曾波. 成都工业学院学报. 2017(04)
[5]电源设计中的电热混合仿真探讨[J]. 周俊,蒋鸿勇,秦祖立. 中国集成电路. 2017(09)
[6]某大功耗机载电子设备强迫风冷方案设计[J]. 苗力. 机械工程师. 2016(02)
[7]新能源电动飞机发展与挑战[J]. 黄俊,杨凤田. 航空学报. 2016(01)
[8]电动汽车驱动电动机的三维温度场仿真分析[J]. 田玉冬,王潇,张舟云. 上海电机学院学报. 2015(01)
[9]飞机燃油箱热分析研究[J]. 吕亚国,任国哲,刘振侠,康振烨. 推进技术. 2015(01)
[10]超轻型电动飞机电动力系统的参数匹配[J]. 康桂文,胡雨,李亚东,姜文辉. 航空动力学报. 2013(12)
硕士论文
[1]飞机综合一体化热设计分析方法研究[D]. 王永梅.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2017
[2]纯电动汽车驱动电机定子温度场仿真与散热优化[D]. 胡俊明.合肥工业大学 2014
[3]车身控制器设计及功率芯片热仿真方法研究[D]. 赖祺.哈尔滨工业大学 2013
[4]纯电动汽车电机控制器的热仿真与热分析[D]. 赵卫健.合肥工业大学 2013
[5]汽车发动机舱散热特性数值分析与优化[D]. 刘胜军.湖南大学 2012
[6]基于耦合模型的汽车发动机舱散热特性研究[D]. 蔡德宏.湖南大学 2012
[7]工程机械动力舱内部热环境仿真[D]. 白文龙.大连理工大学 2008
[8]小型液压挖掘机动力系统热平衡研究[D]. 蒋丛华.中南大学 2007
[9]航空发动机短舱流动与换热的计算研究[D]. 马明明.西北工业大学 2007
[10]螺旋桨飞机超低空流场数值模拟方法研究[D]. 何辉.西北工业大学 2007
本文编号：2929676
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“太阳神”号太阳能电动飞机
业未来发展的趋势，越来越多地受到航空制造商和运营商的重视[1]。与传统动力飞机相比，电动飞机具有运行平稳、转化效率高、节能清洁、使用维护方便等优点。人们对电动载运工具的研究工作已经持续了数十年，并取得了巨大的成就，电动汽车、电动船等载运工具的设计和制造技术已趋于成熟，被广泛应用于人们的生产和生活中。然而，由于飞机工作环境的特殊性，电动飞机的研发工作一直发展缓慢[2-5]。近年来，随着电动机，动力锂电池，自动控制等关键技术的突破，飞机电推进技术发展迅速，部分轻小型飞机已实现了动力全电动化，发挥了小规模示范作用[6,7]。电动飞机按动力来源划分主要包括：太阳能飞机、蓄电池和燃料电池飞机、其它超级电容或功率束电动飞机[1]。70 年代中期太阳能电动无人机最先研制成功，发展至今已有“太阳挑战者号”、“西风号”、“太阳神号”、“阳光动力号”等多款有人驾驶和无人驾驶飞机研制成功，图 1.1为美国的“太阳神”号太阳能飞机，图 1.2 为瑞士的“阳光动力”号太阳能飞机。目前，太阳能飞机在昼夜不间断飞行方面已取得巨大进展、滞空时间不断延长，但在能量转化效率及气动弹性方面仍存在很多不足。
图 1.3 “Cri-Cri”锂电池电动飞机 图 1.4 “E430”锂电池电动飞机图 1.4 “X-57”麦克斯韦概念机 图 1.5 “HY-4”氢燃料电池飞机超级电容是一类介于电池与电容器之间的电能存储元件，工作时依靠极化电解质储能，具有持久耐用、充电迅速、功率密度值大等优点；功率束或无线功率传输是将电源的电功率通过辐射、磁场共振、电感耦合等技术给电设备传输能量，图 1.6 为美国国家航空航天局研制的某款无线能量传输电动飞机模型。目前这种技术尚不成熟，还无法应用于工程实践中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]The simulation of thermal characteristics of 980 nm vertical cavity surface emitting lasers[J]. Tianxiao Fang,Bifeng Cui,Shuai Hao,Yang Wang. Journal of Semiconductors. 2018(02)
[2]理论分析与仿真分析辅助散热结构设计的研究[J]. 魏元,李凯,丁楠,吴璋,王晓毅. 计测技术. 2017(06)
[3]某电子设备散热设计优化[J]. 袁亚辉,万里. 机械. 2017(12)
[4]电动汽车动力控制器集成化壳体的热仿真分析[J]. 吴宗宏,李刚俊,曾波. 成都工业学院学报. 2017(04)
[5]电源设计中的电热混合仿真探讨[J]. 周俊,蒋鸿勇,秦祖立. 中国集成电路. 2017(09)
[6]某大功耗机载电子设备强迫风冷方案设计[J]. 苗力. 机械工程师. 2016(02)
[7]新能源电动飞机发展与挑战[J]. 黄俊,杨凤田. 航空学报. 2016(01)
[8]电动汽车驱动电动机的三维温度场仿真分析[J]. 田玉冬,王潇,张舟云. 上海电机学院学报. 2015(01)
[9]飞机燃油箱热分析研究[J]. 吕亚国,任国哲,刘振侠,康振烨. 推进技术. 2015(01)
[10]超轻型电动飞机电动力系统的参数匹配[J]. 康桂文,胡雨,李亚东,姜文辉. 航空动力学报. 2013(12)
硕士论文
[1]飞机综合一体化热设计分析方法研究[D]. 王永梅.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2017
[2]纯电动汽车驱动电机定子温度场仿真与散热优化[D]. 胡俊明.合肥工业大学 2014
[3]车身控制器设计及功率芯片热仿真方法研究[D]. 赖祺.哈尔滨工业大学 2013
[4]纯电动汽车电机控制器的热仿真与热分析[D]. 赵卫健.合肥工业大学 2013
[5]汽车发动机舱散热特性数值分析与优化[D]. 刘胜军.湖南大学 2012
[6]基于耦合模型的汽车发动机舱散热特性研究[D]. 蔡德宏.湖南大学 2012
[7]工程机械动力舱内部热环境仿真[D]. 白文龙.大连理工大学 2008
[8]小型液压挖掘机动力系统热平衡研究[D]. 蒋丛华.中南大学 2007
[9]航空发动机短舱流动与换热的计算研究[D]. 马明明.西北工业大学 2007
[10]螺旋桨飞机超低空流场数值模拟方法研究[D]. 何辉.西北工业大学 2007
本文编号：2929676
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