高转速电机泵动力学特性研究
发布时间：2021-03-03 06:24
高转速电机泵是一种集成了多相容错永磁同步电机和高转速斜盘式柱塞泵的紧凑电液动力源。由于在功率密度和可靠性方面的优势,高转速电机泵在多电飞机中得到了广泛应用。高转速电机泵的相关研究涉及到流体动力、电机与电器、系统动力学以及相应的控制技术等多学科领域交叉。为快速地完成电机泵的设计和控制,本论文建立了高转速电机泵统一模型以有效描述电机和泵动力学特性。本学位论文围绕高转速电机泵的关键理论及相关技术展开研究,选题具有很强的工程应用背景和重要的学术研究价值。本课题开展中做出了以下创新性研究:1.建立了高转速电机泵统一数学模型,该模型能够同时对电机泵时域和频率动力学特性进行分析。不同于以前研究中只对电机和泵分别进行建模分析,本论文从电机和泵同属旋转机械、运行过程中存在着周期性变化的角度出发,将电机泵主要物理量（如电机气隙磁感应强度、电机相电流、柱塞腔压力等）和关键性能特性用统一的谐波叠加模型描述。该谐波叠加模型中,稳态分量由稳态工作点决定,通过静态计算得到;谐波基函数则由电机泵结构参数决定;谐波系数则可以适当调节以适应电机泵的性能要求。考虑任意线圈布置和配流盘压力过渡角,应用该统一的谐波叠加模型推导...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（ａ）所示，传统飞机能源系统中：发动机输出功率一部分经定转速机械装??
１．１研究背景及意义??飞机在飞行过程中，需要根据飞机姿态的要求将飞控信号送入到相应的作动系统以控??制舵面、起落架等用户完成规定动作（如图１．１所示）。由于液压传动系统功率密度大、??控制性能好、容易散热等优点被广泛应用于舵面、起落架收放以及发动机反推等关鍵作动??系统中⑴。??１：坨丨｜＇丨丨＋??轴助柁ｉｆｉｉ＊?１?＇．??图ｉ．ｉ飞机飞行舵面示意图??如图１．２?（ａ）所示，传统飞机能源系统中：发动机输出功率一部分经定转速机械装??置ＣＳＤ?（Ｃｏｎｓｔａｎｔ?Ｓｐｅｅｄ?Ｄｅｖｉｃｅ）流向发电机，该装置能够将变化的发动机转速转化为恒??定转速以驱动发电机产生三相恒频交流电（１１５Ｖ，?４００Ｈｚ）；发动机的另一部分输出功率??经机械减速箱流向发动机驱动系ＥＤＰ?（Ｅｎｅｇｉｎｅ?Ｄｒｉｖｅｎ?Ｐｕｍｐ）。ＥＤＰ作为液压系统主泵源，??提供飞机过程所需的液压能源［２］。ＥＤＰ安装在发动机底侧，转速随发动机变化而变化，其??各个油口连接管路经发动机短舱、吊挂以及机翼流向遍布机身的各个液压用户。此外，液??压能源系统还配置有电机驱动泵ＥＭＤＰ?（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?Ｍｏｔｏｒ?Ｄｒｉｖｅｎ?Ｐｕｍｐ）作为辅助泵源，其??工作转速相较ＥＤＰ增大
第１章绪论??为例，其取消了波音Ｂ７３７中的ＣＳＤ装置，发动机直接与发电机相连，后通过相应的功率??变换器转换成相应的直流／交流电。为方便说明，图１．２?（ｂ）给出了多电飞机Ｂ７８７的液压??能源系统，图１．３则给出了波音Ｂ７８７中间液压系统ＥＭＤＰ在飞机内的安装图［６］。如图所??示，Ｂ７８７采用了?２７０ＶＤＣ供电的ＥＭＤＰ［５］［７］，且ＥＭＤＰ的排量和功率均超过了传统飞机??液压能源系统中作为主泵的ＥＤＰ；ＥＭＤＰ的驱动电机也由传统交流恒频供电的异步电机转??变为三相永磁同步电机以提高其功率密度，其转速能够根据需要进行调节。????柱塞泵ＥＭＤＰＣ２?电机??Ｓｆ層２１??柱塞泵ＥＭＤＰＣ１电机??图丨．３多电飞机Ｂ７８７中间系统ＥＭＤＰ安装图［６］??上述变化使得传统意义上的电机驱动泵ＥＭＤＰ?（泵作为主体，电机仅仅作为泵的驱动??源）更多地向作为整体的电液动力源方面转变：不同于工业中的电液动力单元，多电飞机??中的电机泵不仅要求运转转速可以实时调节，还要保持较高的额定转速以提高功率密度；??同时为适应机载环境对可靠及安全性的要求，电机也要求具有容错性能（电机故障后仍然??能够维持基本输出性能）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Analysis of the cylinder block tilting inertia moment and its effect on the performance of high-speed electro-hydrostatic actuator pumps of aircraft[J]. Junhui ZHANG,Qun CHAO,Bing XU. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(01)
[2]轴向柱塞泵-电机组转子系统临界转速及不平衡响应分析[J]. 权凌霄,刘嵩,张崇. 液压与气动. 2017 (03)
[3]双压力航空柱塞泵压力切换动态特性[J]. 欧阳小平,李磊,方旭,杨华勇. 浙江大学学报(工学版). 2016(03)
[4]轴向柱塞泵主轴及缸体旋转组件临界转速分析[J]. 权凌霄,李东,张文文,骆洪亮,孔祥东. 液压与气动. 2015(10)
[5]共振型液压脉动衰减器研究现状及展望[J]. 欧阳小平,李磊,方旭,杨华勇. 机械工程学报. 2015(22)
[6]轴向柱塞泵空化时气相动态演进过程及影响[J]. 苑士华,周俊杰,罗先伟,荆崇波. 兵工学报. 2015(03)
[7]轴向柱塞式电液泵能量转化效率研究[J]. 付永领,李祝锋,祁晓野,范殿梁. 机械工程学报. 2014(14)
[8]液压电机泵中孔板离心泵的增压效应[J]. 冀宏,张继铭,王金林,任威,孙东宁,王文璐. 机械工程学报. 2014(10)
[9]液压电机叶片泵样机的性能试验[J]. 冀宏,李志峰,王峥嵘,王建森,兰博杰. 农业机械学报. 2010(11)
[10]液压电机泵中浸油电机的负载效应[J]. 冀宏,孙磊,王峥嵘,许丹丹,李志峰. 兰州理工大学学报. 2009(04)
博士论文
[1]纯电动汽车用五相容错永磁同步电机的关键技术研究[D]. 隋义.哈尔滨工业大学 2015
[2]六相永磁容错电机及其控制系统的设计和研究[D]. 郝振洋.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]五相容错永磁电机的解耦控制系统研究[D]. 蔡晓伟.江苏大学 2016
[2]双向小惯量轴向柱塞泵设计及动力学特性研究[D]. 李骏.太原科技大学 2015
[3]高转速柱塞泵动态特性研究[D]. 张振寿.浙江大学 2015
[4]通轴式轴向柱塞液压电机泵内部流场仿真及运动动力学分析[D]. 迟冰.燕山大学 2012
[5]轴向柱塞液压电机泵流场数值模拟、效率分析与实验测试[D]. 刘金慧.燕山大学 2011
[6]新型电机融合泵驱动的泵控缸伺服控制策略研究[D]. 张永顺.燕山大学 2011
[7]液压电机叶片泵的电磁场及温度场的数值解析[D]. 许丹丹.兰州理工大学 2009
本文编号：3060784
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（ａ）所示，传统飞机能源系统中：发动机输出功率一部分经定转速机械装??
１．１研究背景及意义??飞机在飞行过程中，需要根据飞机姿态的要求将飞控信号送入到相应的作动系统以控??制舵面、起落架等用户完成规定动作（如图１．１所示）。由于液压传动系统功率密度大、??控制性能好、容易散热等优点被广泛应用于舵面、起落架收放以及发动机反推等关鍵作动??系统中⑴。??１：坨丨｜＇丨丨＋??轴助柁ｉｆｉｉ＊?１?＇．??图ｉ．ｉ飞机飞行舵面示意图??如图１．２?（ａ）所示，传统飞机能源系统中：发动机输出功率一部分经定转速机械装??置ＣＳＤ?（Ｃｏｎｓｔａｎｔ?Ｓｐｅｅｄ?Ｄｅｖｉｃｅ）流向发电机，该装置能够将变化的发动机转速转化为恒??定转速以驱动发电机产生三相恒频交流电（１１５Ｖ，?４００Ｈｚ）；发动机的另一部分输出功率??经机械减速箱流向发动机驱动系ＥＤＰ?（Ｅｎｅｇｉｎｅ?Ｄｒｉｖｅｎ?Ｐｕｍｐ）。ＥＤＰ作为液压系统主泵源，??提供飞机过程所需的液压能源［２］。ＥＤＰ安装在发动机底侧，转速随发动机变化而变化，其??各个油口连接管路经发动机短舱、吊挂以及机翼流向遍布机身的各个液压用户。此外，液??压能源系统还配置有电机驱动泵ＥＭＤＰ?（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?Ｍｏｔｏｒ?Ｄｒｉｖｅｎ?Ｐｕｍｐ）作为辅助泵源，其??工作转速相较ＥＤＰ增大
第１章绪论??为例，其取消了波音Ｂ７３７中的ＣＳＤ装置，发动机直接与发电机相连，后通过相应的功率??变换器转换成相应的直流／交流电。为方便说明，图１．２?（ｂ）给出了多电飞机Ｂ７８７的液压??能源系统，图１．３则给出了波音Ｂ７８７中间液压系统ＥＭＤＰ在飞机内的安装图［６］。如图所??示，Ｂ７８７采用了?２７０ＶＤＣ供电的ＥＭＤＰ［５］［７］，且ＥＭＤＰ的排量和功率均超过了传统飞机??液压能源系统中作为主泵的ＥＤＰ；ＥＭＤＰ的驱动电机也由传统交流恒频供电的异步电机转??变为三相永磁同步电机以提高其功率密度，其转速能够根据需要进行调节。????柱塞泵ＥＭＤＰＣ２?电机??Ｓｆ層２１??柱塞泵ＥＭＤＰＣ１电机??图丨．３多电飞机Ｂ７８７中间系统ＥＭＤＰ安装图［６］??上述变化使得传统意义上的电机驱动泵ＥＭＤＰ?（泵作为主体，电机仅仅作为泵的驱动??源）更多地向作为整体的电液动力源方面转变：不同于工业中的电液动力单元，多电飞机??中的电机泵不仅要求运转转速可以实时调节，还要保持较高的额定转速以提高功率密度；??同时为适应机载环境对可靠及安全性的要求，电机也要求具有容错性能（电机故障后仍然??能够维持基本输出性能）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Analysis of the cylinder block tilting inertia moment and its effect on the performance of high-speed electro-hydrostatic actuator pumps of aircraft[J]. Junhui ZHANG,Qun CHAO,Bing XU. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(01)
[2]轴向柱塞泵-电机组转子系统临界转速及不平衡响应分析[J]. 权凌霄,刘嵩,张崇. 液压与气动. 2017 (03)
[3]双压力航空柱塞泵压力切换动态特性[J]. 欧阳小平,李磊,方旭,杨华勇. 浙江大学学报(工学版). 2016(03)
[4]轴向柱塞泵主轴及缸体旋转组件临界转速分析[J]. 权凌霄,李东,张文文,骆洪亮,孔祥东. 液压与气动. 2015(10)
[5]共振型液压脉动衰减器研究现状及展望[J]. 欧阳小平,李磊,方旭,杨华勇. 机械工程学报. 2015(22)
[6]轴向柱塞泵空化时气相动态演进过程及影响[J]. 苑士华,周俊杰,罗先伟,荆崇波. 兵工学报. 2015(03)
[7]轴向柱塞式电液泵能量转化效率研究[J]. 付永领,李祝锋,祁晓野,范殿梁. 机械工程学报. 2014(14)
[8]液压电机泵中孔板离心泵的增压效应[J]. 冀宏,张继铭,王金林,任威,孙东宁,王文璐. 机械工程学报. 2014(10)
[9]液压电机叶片泵样机的性能试验[J]. 冀宏,李志峰,王峥嵘,王建森,兰博杰. 农业机械学报. 2010(11)
[10]液压电机泵中浸油电机的负载效应[J]. 冀宏,孙磊,王峥嵘,许丹丹,李志峰. 兰州理工大学学报. 2009(04)
博士论文
[1]纯电动汽车用五相容错永磁同步电机的关键技术研究[D]. 隋义.哈尔滨工业大学 2015
[2]六相永磁容错电机及其控制系统的设计和研究[D]. 郝振洋.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]五相容错永磁电机的解耦控制系统研究[D]. 蔡晓伟.江苏大学 2016
[2]双向小惯量轴向柱塞泵设计及动力学特性研究[D]. 李骏.太原科技大学 2015
[3]高转速柱塞泵动态特性研究[D]. 张振寿.浙江大学 2015
[4]通轴式轴向柱塞液压电机泵内部流场仿真及运动动力学分析[D]. 迟冰.燕山大学 2012
[5]轴向柱塞液压电机泵流场数值模拟、效率分析与实验测试[D]. 刘金慧.燕山大学 2011
[6]新型电机融合泵驱动的泵控缸伺服控制策略研究[D]. 张永顺.燕山大学 2011
[7]液压电机叶片泵的电磁场及温度场的数值解析[D]. 许丹丹.兰州理工大学 2009
本文编号：3060784
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