航空电推进电机多层波浪形拓扑及散热设计方法

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过CFD仿真验证所建立电机等效热网络模型的准确性和有效性。以此为基础,对比分析传统散热翅和多层波浪形散热拓扑对电机功率密度的影响。基于多层波浪形散热拓扑的等效热网络模型,采用遗传学习粒子群优化(GL-PSO)算法,完成航空电推进电机高效散热优化设计。优化结果表明:相比于原始方案,优化方案的机壳质量减轻15.1%,整个电机的功率密度提升0.06 kW/kg。

基于SMO和RLS的航空电推进永磁电机驱动系统

针对大功率航空电推进驱动系统高可靠性和轻量化特性的需求,本文提出了一种基于滑模观测器(SMO)和递推最小二乘法(RLS)的多模式无位置传感器控制策略。首先通过SMO对扩展反电动势进行观测,并对转速估算值进行多模式处理,实现了快速、准确地提取出电机的转子位置角及转速等信息;再由RLS对永磁体磁链等参数进行辨识,依据辨识结果对控制器中的相关控制参数进行整定,并对观测器参数进行更新,提高了系统的鲁棒性。本文对300kW的永磁同步电机电推进驱动系统进行了实例仿真,验证了所提方案的有效性。本文所提出的方案可以实现可靠的无位置传感器驱动控制,具有快速的动态性能和较高的鲁棒性,为相关航空电推进驱动系统控制方案的设计和研究提供了参考。

面向电动航空的高温超导电机技术研究发展

超导电机因体积小、功率密度高和效率高等优势,在航空电推进中展现出重大的应用前景。对比分析了纯电力超导电动系统和混合动力超导电动系统的方案特点,突出超导电机对于大功率航空电推进的重要性。针对航空电推进超导电动系统对电动机和发电机的不同需求,对过去研究的高温超导样机的运行原理及结构拓扑进行归类综述,并总结分析了各自利弊。在此基础上,从超导技术、电枢绕组技术、转子技术、低温技术和绝缘技术这5方面对超导电机本体关键技术分别进行回顾总结。最后,梳理了当前超导电机在航空电推进中应用的研究进展,并对未来超导电动航空发展进行了展望。

高速对转涵道风扇双驱动电机的热特性

提出一种适用于高速巡航的对转涵道风扇的双电机驱动架构,采用对转风扇-风扇-电机-电机(FFMM)的布局设计。在该驱动架构中,前后级驱动电机根据气动需求具有不同的功率和尺寸。FFMM布局的双电机驱动架构整体安装在涵道中心体内,有利于提高对转涵道风扇的气动性能,然而同一腔体内的双电机间存在热耦合和绕组间空腔的积温现象,难以判断风扇运行过程的电机温升情况和基于对转风扇气流的冷却效果。分析了所提FFMM布局的双电机驱动架构在不同工况下的电机损耗分布特性;探究了电机间热耦合对前后电机温升的影响,并对电机间积温空腔热网络模型进行优化;为平衡中心体内前后电机的温度分布,减少中心体结构轴向长度,采用环状导热片结构调节双电机间的热耦合程度,有效提高电机间积温空腔的散热性能并优化前后电机的温升分布。基于高速对转涵道风扇搭建实验平台并完成电磁与温升实验。实验结果与仿真结果一致,表明直接风冷条件下FFMM布局高速对转涵道风扇有着较强的散热能力,并且环状导热片对FFMM布局的中心体内部温度的分布有着更好的冷却效果。