径-轴向磁轴承冷却设计及温度场分析

由于磁轴承与转子无直接物理接触、支承特性可控,在小功率等级电机环境下其损耗较低,可采用自然冷却。而对于大功率等级电机,磁轴承损耗增大,必须考虑冷却设计以降低其温升。该文以某型兆瓦级高速永磁发电机磁轴承为研究对象,在考虑径-轴向磁轴承集成状态及发电机实际内部环境条件下,基于径-轴向磁轴承三维流场、温度场分析,首先研究了自然冷却条件下磁轴承温度场特征,结果表明磁轴承温度过高,径向磁轴承定转子会产生较大热变形,增大磁轴承安全运行风险。为了解决该问题,该文结合电机空冷结构和磁轴承结构特征,提出一种集成化主动冷却结构,并仿真分析了冷却效果,结果表明进行主动冷却后径-轴向磁轴承温度明显下降,径向磁轴承定转子气隙变化量大幅减小。最后,进行样机温升试验,试验结果与仿真结果一致。

电机端部绕组表面对流换热系数的研究

电机端部绕组的温升求解是电机温度场计算过程中的难点所在。针对端部绕组周围的流场域不规则,难以用热路法或有限元法精确计算其表面换热系数的难题,提出了一种基于简易风洞实验装置的对流换热系数测量方法,搭建了实验平台对不同绝缘等级、不同成型工艺的绕组线圈的表面对流换热系数进行了测量,并分析了对流换热系数在不同影响因素下的变化规律。结果表明,不同绝缘等级的绕组端部表面对流换热系数相差不大,相比于成型线圈,散开线圈端部表面的对流换热系数更大。通过实验实现了对端部绕组表面对流换热系数的准确测量,为后续电机温度场的准确计算奠定了基础。

基于实验数据同化的扩张管分离流动数值模拟

为了提高RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes equations)模型对分离流动的预测精度,本文采用集合卡尔曼滤波数据同化方法,利用扩张管出口流向速度作为同化数据,对BSL RSM(baseline Reynolds stress model)湍流模型的模型常数进行了优化。默认模型常数的BSL RSM湍流模型预测的壁面压力系数和分离区位置与实验结果差距很大。通过模型常数优化,提高了BSL RSM湍流模型对分离流动的预测精度,数值模拟与实验的壁面压力系数曲线更接近,流动分离区的位置与实验结果基本一致。首次证明了基于数据同化的湍流模型常数优化方法应用于分离流动准确预测的可行性与有效性。

航空氧气减压器性能仿真分析

对战斗机用供氧系统氧气减压器结构及工作原理进行分析,以逆向式减压器为研究对象,通过理论简化结构模型和气体动力学原理,建立了减压器稳态和动态数学模型.利用MATLAB/Simulink进行了减压器性能的数值仿真计算,从理论解析和仿真结果两方面综合分析了减压器的稳态特性和动态特性,通过对仿真计算结果与试验结果的对比分析,表明所建立的数学模型是准确的,采用的仿真计算方法符合计算精度要求.以此为基础分析了减压器的结构参数对其静态特性的影响,找出了影响减压器动态特性的主要因素,对减压器的设计和改进工作具有很好的参考作用.

交流发电机定转子三维流体场和温度场仿真

利用一些简化处理方法,建立了某型交流发电机定子和转子三维流体场和温度场的耦合仿真模型,并在Fluent仿真软件平台上对电机定转子的流体场和温度场进行了仿真计算,然后将仿真结果与试验数据进行了对比和分析,结果表明:仿真结果具有较高的计算精度,满足工程设计要求;所提出的仿真计算方法能够为电机温度场的仿真研究提供一定的参考作用。

航空供氧系统高空性能参数数值仿真

根据航空供氧系统高空性能的工作原理,利用理论简化结构模型和气体动力学知识,建立了供氧系统部分高空性能参数的数学模型.在Matlab/Simulink系统仿真环境下,对高空部分性能参数进行了数值仿真计算,分析了高空性能中的充氧时间控制以及供氧面罩余压与拉力管内压力的比值特性和各种结构参数对面罩余压大小的影响.通过对仿真计算结果与试验结果的对比分析,表明所建立的数学模型是有效的,采用的仿真计算方法符合计算精度要求,对供氧系统高空性能的设计和改进工作具有一定的参考作用.

汽轮发电机定转子三维温度场仿真计算

在Fluent仿真软件平台上,利用一些简化处理方法,建立了某型汽轮发电机定子和转子的三维温度场流固耦合仿真模型,并对电机定转子的温度场进行了仿真计算。将仿真结果与试验数据进行了对比和分析,仿真结果具有较高的计算精度,满足工程设计要求,提出的仿真计算方法能够为电机温度场的仿真研究提供一定的参考作用。

大容量空冷感应电动机通风系统优化计算

为了求解电机在额定空气流量下的风压值、完成优化冷却风机的选型,分别使用等效风路法和数值计算法计算了电机风压,结果发现两种方法计算精度相近。在此基础上,利用等效风路法推导出定子铁芯背部通风面积与电机风压降的关系式,结果表明:对于某型大容量空冷感应电动机,定子铁芯背部通风面积大于某值后,继续增加通风面积对降低电机风压作用不明显,反而会导致进入定转子径向通风沟的冷却空气流量减少,影响电机的冷却效果。

基于Simulink的航空供氧系统加压供氧性能仿真

在座舱高度超过12km后供氧系统需要对飞行员进行应急加压供氧,通过在Matlab/simulink软件上建立仿真模型对加压供氧性能进行数值仿真,分析了面罩余压、拉力管压力及压力比随高度变化的特性,以及结构参数对面罩余压、拉力管压力及压力比的影响。通过仿真结果与试验结果的对比分析,表明所建立的仿真模型是准确的,采用的仿真计算方法符合计算精度要求,为供氧系统的仿真研究提供了一定的参考作用。

气动式供氧系统肺式机构性能仿真及改进

分析了供氧系统肺式机构的工作过程,建立数学模型,对吸气阻力性能进行了仿真计算并与实验结果进行了对比分析。在此基础上,针对目前机载分子筛制氧氧源系统低压力出口条件,对原有肺式机构提出改进方案并进行了试验验证。表明所采用的仿真方法符合计算精度要求,对肺式机构的设计和改进工作具有很好的指导意义。

多相电机定子绕组组合模式对磁动势与参数的影响

多相绕组不同于三相绕组之处是其具有绕组组合的灵活性,确定多相电机定子绕组组合模式则为电磁设计的前提条件。根据多相电机的运行要求,选择对称三相绕组为多相整流发电机定子绕组的基本组成单元,对称四相或五相绕组为变频器供电多相电动机定子绕组的基本组成单元。针对多相电机相数为偶数或奇数、定子绕组半对称与全对称结构4种组合模式,分别进行磁动势分析与定子参数分析。结果表明,在电机相数为偶数时,半对称组合模式比全对称组合模式更有利于消除空间谐波磁动势;而在电机相数为奇数时,半对称组合模式与全对称组合模式在消除空间谐波磁动势方面没有区别,两种模式下稳态定子参数也相等。分析结果为多相定子绕组组合模式的选定提供了依据。

基于矢量磁位法的多相感应电机定子端部漏感计算

为计算计及喇叭口的多相感应电机定子绕组的端部漏感,提出了基于矢量磁位的数值计算方法。该文通过矢量磁位沿线圈端部的线积分计算磁通进而求取线圈间端部漏感,该方法与通过磁密的面积分来计算磁通的传统方法相比,可方便处理定子绕组复杂的端部结构,提高计算速度与结果的准确性。矢量磁位法沿用将线圈间端部漏感与关联矩阵相结合计算相间端部漏感的总体思路,具有应用灵活、通用性强的优点。以某15相感应电机为例,给出了矢量磁位法计算端部漏感的计算过程,通过对计算结果的分析说明了矢量磁位法计算端部漏感的有效性。

逆向式氧气减压器的性能分析与仿真

针对战斗机用逆向式平板活门氧气减压器,通过对工作原理进行分析并简化结构,建立了减压器的稳态和动态数学模型。为保证模型正确性及系统的精度,采用四阶龙格库塔法进行数值仿真,从理论分析和仿真结果两方面综合分析了减压器的稳态特性和动态特性,可有效减少试验项目,缩短减压器设计和改进的时间。在数值仿真过程中,从入口压力和流量的变化上,分析对减压器出口压力的影响,进一步找到了影响减压器动态特性的关键因素(阻尼系数)。结果显示了当阻尼系数稍大于或等于系统振动频率值时,减压器的稳定性和灵敏性都很高。通过对比两者结果比较吻合,表明了所建立的数学模型是正确的,对减压器的设计和改进提供可靠的参考依据。

变频驱动电机系统的参数匹配性及静态稳定性分析

基于变频驱动异步电机系统小扰动下的数学模型,采用Hurwitz判据及根轨迹法分析了异步电机参数、变频器参数、滤波器参数以及不同运行工况等对系统稳定性的影响规律,并通过仿真和实验证明了理论分析的正确性,最后基于Middlebrook输入输出阻抗判据对该类级联系统的静态稳定性进行了研究,即从物理上对系统失稳进行了分析,结果表明:滤波环节的引入是导致系统静态稳定性下降的主要因素。

强迫式循环蒸发冷却电机定子三维温度场仿真分析（英文）

强迫式蒸发冷却系统具有介质用量小、发热体温度分布均匀、温差小的特点,具有良好的应用前景。本文详细阐述了强迫式蒸发冷却电机定子三维温度场的仿真方法,介绍了边界条件的合理简化方法。经试验验证,本文所用仿真方法具有较高的可靠性及准确度。在此基础上,本文研究了两种不同的结构参数对强迫式蒸发冷却电机定子温度场分布的影响。

基于磁性槽楔修正模型的感应电动机气隙磁场的分布磁路法

为能够兼顾磁性槽楔感应电动机气隙磁场的计算速度与计算精度,该文在考虑磁路饱和效应的分布磁路法基础上,进一步通过有限元法考虑了磁性槽楔作用下的齿槽效应,即基于电机齿槽结构简化有限元模型,计算出计及磁性槽楔作用的卡氏系数与气隙比磁导。通过计及磁性槽楔作用的卡氏系数对感应电动机的分布磁路模型进行修正,并基于该修正模型计算出考虑磁路饱和效应的磁性槽楔感应电动机气隙磁动势;通过计及磁性槽楔作用的气隙比磁导,可计算出磁性槽楔感应电动机的气隙磁导;基于计算出的气隙磁动势与气隙磁导,可得到磁性槽楔感应电动机的气隙磁通密度。该文所提方法与有限元法的计算结果吻合良好,证明了该方法的合理性与准确性,并进一步基于该方法研究了不同磁性槽楔磁导率下齿谐波磁通密度的变化规律。

阻塞比对拖式吊舱螺旋桨水动力性能的影响

为了通过水洞试验准确预测吊舱推进器的敞水性能,采用计算流体力学方法研究了阻塞比对拖式吊舱螺旋桨水动力性能的影响。首先,将不同尺度网格的计算结果与试验结果进行对比,验证了网格无关性和计算模型的可信性;然后,保持吊舱模型不变,设置不同尺度的水洞模型,模拟了不同阻塞比对吊舱螺旋桨水动力性能的影响。研究结果表明:阻塞比越小,吊舱螺旋桨的水动力性能越接近广水域工况;进速系数J<0.8时,吊舱整体对螺旋桨进流起加速作用,推力系数和扭矩系数随着阻塞比的增大而增大,进速系数越大,增大值越小;随着进速系数进一步增大(J>0.8),吊舱整体对螺旋桨进流起减速作用,推力系数和扭矩系数随着阻塞比的增大而减小,进速系数越大,减小值越大。该研究为修正水洞试验数据、实现吊舱推进器敞水性能的准确预测提供了理论指导。

航空永磁电机风冷-热管复合冷却技术研究

针对无人机(UAV)用旋翼电机产热高但结构紧凑、散热困难的问题,设计一种新型风冷-热管复合冷却系统,介绍了冷却系统的设计思路并对其冷却性能展开研究。以一台无人机用外转子永磁电机为研究对象,采用仿真与实验结合的方法,首先评估电机风冷系统性能,建立电机三维全域流场仿真模型,分析不同转速下电机内部流场特征;然后以流场计算结果为边界条件,基于局部模型分析电机单一风冷系统的冷却效果,并搭建实验平台对其冷却效果进行测试,验证了仿真方法的准确性;最后提出一种风冷-热管复合冷却技术,仿真分析了不同方案的冷却效果。研究表明,相对于满槽布置,将热管元件半槽布置于定子槽底具有更高的性能代价比,能使电机绕组稳定温升有效降低15 K,达到了高效冷却的目的,能有效提高电机的功率密度。

大容量高速永磁电机热流场仿真及参数敏感性分析

建立电机三维热流场模型,基于流固耦合法,计算大容量高速永磁电机温度场。通过样机温升试验,验证了仿真模型正确性。在此基础上选取导热系数这一影响温度场重要因素作为研究对象,通过控制其在合理范围变化,分析电机温度场对各部件导热系数的敏感性程度。结果为以后高速永磁电机温度场仿真中导热系数的确定提供了参考。

蜂窝器与多孔介质模型整流效果的对比分析

为了认识水洞设计过程中多孔介质模型代替实体蜂窝器的作用效果,本文采用计算流体力学方法,针对蜂窝器和多孔介质局部模型,开展了计算对比研究。通过横向速度、流向速度不均匀性、湍流度和压力损失等指标评价了蜂窝器和多孔介质模型的整流效果,利用流场速度、压力、湍流度等流场参数分布,分析了蜂窝器和多孔介质模型的整流作用机理。研究表明:蜂窝器和多孔介质模型均能有效抑制横向速度;蜂窝器对流向速度均匀性具有不利影响,多孔介质模型有利于流向速度均匀性;蜂窝器能够有效降低来流湍流度,多孔介质模型对来流湍流度无明显影响;多孔介质模型能够准确模拟蜂窝器内部压力损失。本文为利用多孔介质模型代替实体蜂窝器开展水洞全回路流场的计算流体力学分析提供了指导。