飞机电滑行系统的功率需求分析

1、飞机电滑行系统的功率需求分析近几年，随着公众的环保意识的不断提高，各国政府或组织开始对 民用飞机提出了更高的环保要求，另外，随着国际油价的不断攀升,航 空公司为了应对高油价降低运营成本对民用飞机的经济性也提出了 更高的要求，因此，飞机制造商为了应对市场对民用飞机的这种更高的 环保性和经济性要求,就必须寻求有效的解决方案。除了提高发动机 的性能降低油耗和优化飞机气动外形等传统的技术途径外，还有一种 在飞机上安装一套电滑行系统的技术设想，配备这套系统后，飞机在跑 道上滑行时不需要开启发动机，仅依靠由APU供电的电滑行系统就可 以驱动飞机滑行，这样就可以节约燃油成本、降低发动机维护成本、 延长发动机

2、寿命、提高飞机的安全性、缩短转场时间、减小废气排放 和噪音污染,但这套系统在技术上是否可行值得研究。下文将以B737-800为例对飞机电滑行系统进行功率需求分析。1技术要求1.1技术指标最大滑行速度:20km/h;020km/h加速时间:10s;(3)跑道类型:干湿混凝土跑道;跑道坡度:0.001;（5）牵引重量:72800kg。1.2技术指标确定依据1.2.1最大滑行速度飞机电滑行最大速度确定主要是参考现有的地面牵引车的额定 作业速度，目前民用飞机牵引车的额定作业速度约为5 15km/h（无杆 牵引车可达30km/h）。考虑到无杆和有杆牵引车两种情况这里选取最 大滑行速度为20km/h1。1

3、.2.2 020km/h 加速时间这里假设电滑行系统可使飞机020km/h的加速时间为10s，且整 个加速过程为匀加速，可知飞机在10s内从静止加速到最高滑行速度 20km/h（合5.5m/s）所要求的加速度为0.55m/s2。因此，这里选定飞机电 滑行启动加速度为0.55m/s2。1.2.3牵引重量这里选用B737-800飞机的最大商载重量约72800kg为牵引重量。2技术方案电滑行系统主要由驾驶舱控制手柄、电机控制器和驱动电机组成, 另外还包括APU到电机控制器的电源馈电线、电机控制器到电机的 电源馈电线和驾驶舱控制手柄到电机控制器的控制信号线等连接线 路。系统的工作过程是:首先飞行员启动

4、APU带动发电机给系统供电, 电滑行系统从115V交流互联汇流条上通过电源转换模块获得所要求 的电压，然后将电滑行控制手柄置于前进或后退位,控制手柄会发出相 应指令给电机控制器，电机控制器则控制安装在前机轮上的驱动电机 的正转和反转，并通过行星齿轮组成的变速箱放大扭矩，通过齿轮辐驱 动机轮转动，这样飞机就会向前或向后滑行。3功率需求分析3.1确定计算参数（1）轮胎的最大静摩擦系数。根据飞机设计手册第14分册起飞着陆系统设计第6.4.3.1 节，可知轮胎与地面的摩擦系数为：p=p0-aV式中：M=0.77（平滑路面）；M=0.90（粗糙路面）；a=0.001（干燥路面）；a=0.005（湿滑路面

5、）;V为滑行速度,单位为km/h。因为飞机滑行速度V=20km/h(合5.5m/s)，所以根据如上公式及参 数值可知平滑湿滑路面的最大静摩擦系数为为0.67。另外，根据ISO/TC20 1432推荐的各种路面条件下的附着系数表 2,如表1所示，可知湿混凝土路面的最大静摩擦系数(附着系数)为 0.5。因此，这里选用严酷的湿混凝土面的最大静摩擦系数0.5比较合 理。(2 )轮胎的滚动阻力系数。根据机械工业出版社出版的汽车理论第3版给出的汽车在各 种路面以中低速行驶时的滚动阻力系数大致值表可知，一般的沥青或 混凝土路面的的滚动阻力系数为0.0180.02，这里取=0.02。(3)B737-800飞机

6、的重心参数。前起落架所受垂直载荷范围为6.7%13.5%,这里取最严酷的 6.7%。3.2建立飞机电滑行动力学方程飞机电滑行的运动原理与前驱或后驱汽车的运动原理一样，所以 其动力学方程式也一样,而根据汽车理论的汽车行驶方程式(1-10)可知，飞机电滑行的动力学方程为:Ft=Ff+Fw+Fi+Fj或n; + Gsinr21.15 Jdi考碧到实际上正常迫膝的坡度角厦不 大工gfifitsL minor打tan a： =i; i为国道坡度， 因为飞机电滑行时速屐大为如kWh,空气 甘打可敏忽略爪计，另虬园为机蛉可转产 生的慎性力相对于飞机平移随星产生的慑 性力很小，所项E狒场昇割早部腕系炬 E 5

7、,故将11式号加yGf+Gi+m,由成库.：、为辨勃丸匚为噩地近力，巳为 察气苯力，F为堤陛坦力，f 牌加成加 速坦力兀3-3碑定舞划方定因为主机貌内恻安装有机轮剥车装 %役有足翌的t间刖安装轮披电机.所 以轮毂电机只能安装于飞机诃花内阊- 3. 4计算毛机藏动轮最大附缶力根据汽卑用论甘筮：21页可知，3画时 检胎切问反作用力的棋眼佰为附着力 在抛酩画上它与郛诂籍注向应作用方她 成正北常写作气皿=已=朽伊已吧E机海打鼓大G=72fl00kgh的落 系数V =0. 5,前辑承域为飞机审坛的色0所 以驱动地最大胴若”粤=23地，坤T3.5飞机电滑行需要的最小驱动力当飞机处于静止和滑行的临界状态时，

8、飞机处于平衡状态,此时电 机的驱动力为最小，加速度为0,根据动力学方程得飞机电滑行需要的 最小驱动力=15288N因为V所以前轮可以提供足够的附着力牵引飞机滑行。3.6电滑行启动加速段所需的驱动力根据2.2.2节分析得到的电滑行时飞机启动加速度可知，整个加速 过程飞机加速度恒定为0.55m/s2。根据飞机电滑行时的动力学方程可 知，电滑行启动加速段所需的驱动力fdf因为凡皿岌七，斯以前睑可以根生足瞥的叫茬力牵引己机滑行3-6电滑ii同诂理迳值所需的新诂内根点.节分析日划的电滑行时飞机.R动物透度呻冠，恪个加速迁程艾机折 速以恒距为口一对很据飞印电跄行时 的幼占学方名如，电滑11启刻加速皿淅 需的驱动力FGf Gi+nt =550M-，4% F*cfl*由此.蜜电精行加速度为5凯誓，前轮金出哩打惜现象口京厂注iU工3.9小、结为保证电滑行系统按最大的加速度0.12m/s2起动滑行（虽然该加 速度因打滑而不能满足给定的加速性指标要求，但仍暂按0.12m/s2计 算），计算所要求的功率为131.5kw但B737-800飞机的APU发电机功 率为90kva，无法满足电滑行系统的