交流电/直流电混合动力战斗机的稳定性和故障分析

1916年，世界上首次出现了飞机的电动驱动。传统的飞机由电力、机械、气动和液压动力源组成。机械系统利用其动力来驱动少数发动机附件和其他一些由机械动力驱动的系统。气动系统为飞机的各种子系统提供压缩空气，如机舱盖锁定、驾驶舱增压和空调系统。液压系统主要为起落架系统、飞行控制面、制动系统和其他少数执行器提供动力。使用这些系统的缺点是三种形式的电力是复杂的，低效率的，由于泄漏和较高的火灾风险，可维护性差。
 
为了克服传统飞机的缺点，MEA的概念出现了，它可以减少飞机的整体重量，因为笨重的子系统，如机械、液压和气动被电子系统取代。由于有更多的优势，如更低的维护、更高的可靠性和更好的性能，MEA变得更加流行。军用飞机或战斗机需要更少的飞机重量，原因是更高的续航能力、机动性和更多的有效载荷承载能力。具有这些特点的多边环境协定最适合用于战斗机，并且已经实现了同样的功能。飞机重量的减轻实际上降低了对推进力的要求，从而降低了燃料消耗，同时也降低了飞机的整个生命周期成本。
 
以一架源自俄罗斯的战斗机作为研究对象载体，需强调的是，我们已对一架战斗机的稳定性和故障分析进行了预处理。在这架飞机上，一个三相30千伏安、208伏、400赫兹的同步发电机被用作交流源。它还为各种类型的负载提供单相、115伏、400赫兹和三相、36伏，400赫兹的电源。
 
变压器用于将电压从208伏转换为36伏。一个12千瓦、28伏的直流复合发电机被用作直流源。旋转式逆变器和整流器被作为系统中的备用电源。为了处理极端的紧急情况，两个容量为45AH的银锌电池也被纳入电力系统中。一个混合的ACIDC配电网络已经被提供，通过继电器和开关从ACIDC母线到负载的点对点连接。
 
在飞机上使用的旋转式逆变器有许多缺点，如笨重的性质（约120公斤），由于它的位置而导致更大的停机时间，复杂的结构（MG组）和更高的损耗。这些问题已经通过设计一个具有类似输入/输出额定值的静态逆变器得到解决，其重量更轻，易于维护，损耗更低，可靠性更高。拟议的静态变频器仿真模型也证明了与旋转式变频器相比，它具有更好的瞬态能力。增加的重量将用于升级（航空电子战）飞机的最新技术，并使其更有使命感。同样，现有的银锌电池也有一些限制，如较少的寿命（6-9个月）和循环寿命，容量的适度快速下降和较高的成本。
 
飞机包括一个混合的ACIDC电源系统。该系统包括一个交流电动机和一个直流发电机及其各自的配电电路。该电力系统还包括一个变频器和一个整流器作为备用电源，还提供了两个银锌电池，用于在紧急状况下供电。战斗机的ACIDC电力分配系统由机体各个功能部门的相关参数决定，比如干扰雷达的电压参数、电流频率和受热极限等相关因素。飞机的基本型号包含旋转式逆变器（MG组）。逆变器是一个备用的交流电源，旨在将28V的直流电转换为36V、3相、400Hz和115V、单相、400Hz。在拟议的飞机模型中，由于静态逆变器在重量、产品成本、效率、维修成本和可靠性上更为优越，旋转式逆变器已被相同等级的静态逆变器取代。并且银锌电池也逐渐被锂离子电池所取代，这是因为在储存能量、使用寿命、放电率方面上，锂离子电池更胜一筹。
 im电竞
还需考虑到飞机运行的各个阶段（地面、起飞、爬升、巡航、轰炸和降落）的情况，当交流和直流电源都不能为飞机供电，只有逆变器和电池为关键和紧急负载供电时，已经对该情况进行了故障分析。在这个案例研究中，对于传统的飞机，只有带银锌电池的旋转式逆变器可以运行，而对于拟议的飞机，带锂离子电池的静态逆变器可以运行。在相同的负载条件下，产生了单相对地故障和三相对地故障，这些故障在常规的情况下持续了0.05秒。在故障条件下，旋转式逆变器的电压从51V（线对线）上升到75V（线对线），而静态逆变器的电压从51V（线对线）下降到26V（线对线）左右。与旋转式逆变器相比，静态逆变器的这种瞬态行为有利于保护飞机部件。
 
由于机载任务取决于飞机电力系统的性能和可靠性，对飞机EPS的完整性能分析及其稳定性余量是至关重要的。在各种运行条件下（特别是单源和多源故障），对所提出的飞机EPS模型进行了稳定性研究。
 
利用常规飞机的实际系统数据，对稳定性和故障分析进行了详细的数学建模。提出了对常规飞机的两项修改。这些修改（用静态变频器取代旋转变频器，用锂离子电池取代银锌电池）提高了飞机系统的整体性能。在MATLAB/Simulink中进行了时域模拟，以分析传统飞机和拟议飞机的瞬态行为，对正常工作状态和恒定功率负载下的发电机故障进行了稳定性分析，结果发现上述修改有利于飞机系统整体的可靠性和稳定性。