多电飞机资料整理

1、多电飞机资料整理（21世纪前发展历史）多电发动机是多电飞机的核心系统。20世纪90年代，美、英等国以主动磁浮轴承技 术和整体起动/发电机技术为突破口开展了多电发动机研究，取得了很大进展。预计多电发 动机在2010 -2020年达到实用阶段由于多电发动机技术可使发动机的结构和性能全面优化，因此，倍受世界许多国家的 关注。目前，美国和英国在多电发动机技术的研究方面已取得了很大进展。预计国外将在 2004年对多电发动机技术进行验证，2010-2020年，多电发动机达到实用阶段。主要优点多电发动机除了为飞机飞行提供所需的推力，为机上所有用电系统提供电力外，还为发 动机上的液压机械和气压系统驱动提供电力

2、。由于采用磁浮轴承而无需润滑系统，与传统发 动机相比，多电发动机不仅性能提高，而且具有维修性和可靠性好、使用和维护成本低、结 构紧凑等许多优势。多电发动机将改善未来民用飞机的舒适性。电力系统取代传统的环境控制系统，将改 善发动机的热力循环特性，增加客舱空气供应量和改善质量，同时可减少约1%的燃料消耗； 装在风扇轴上的发电机可产生较大电力输出，满足飞机客舱舒适性和客舱设备的更多要求 （如电话、计算机和电视等）。从军用角度看，多电发动机技术能大幅度提高发动机的推重比，从而增大飞机的有效载 荷。装在发动机轴上的整体起动/发电机能够产生几兆瓦的电功率，除为多电飞机提供电力 外，还可用于生成激光或微波束

3、，作为机载高能束武器的能源。同时多电发动机技术可延 长飞机的免维修使用周期和简化前线维修程序。此外，多电发动机可以满足未来无人机一体 化电力系统要求，以使整体能力达到最优。核心部件多电发动机在传统的航空发动机基础上采用了必需的核心部件这包括大功率整体起动 /发动机、主动磁浮轴承系统、分布式控制系统以及电动燃油泵和电力作动器等。整体起动/发电机整体起动/发电机装在风扇轴上，它利用电机的可逆原理，在发动机稳定工作前作为电 起动机工作，带动发动机转子到一定转速后喷油点火，使发动机进入稳定工作状态，然后， 发动机反过来带动电机，成为发电机，给飞机用电设备供电。采用整体起动/发电机可取消功率提取轴和减速

4、器，减小发动机重量和迎风面积；所产 生的电功率由两根以上的发动机轴分担，可以重新优化燃气发生器，有利于控制喘振和扩大 空中点火包线，改善发动机适用性；易于获得大的电功率。在罗-罗公司多电发动机的高、 中压转子中，各有一个组合的主动磁浮轴承和起动/发电机装置。这两个发电机可在轴间传 递电力，通过更好的系统匹配提高系统的总效率。主动磁浮轴承这是一种利用电磁力使轴承稳定悬浮起来且轴心位置可以由控制系统控制的一种新型 轴承。它包括位移传感器、控制器、功率放大器和电磁作动器。其工作原理是：位移传感器 用于监视轴的位置，并将信息传入控制系统，控制系统确定必要的控制信号，并将控制信号 送入功率放大器，转变为

5、电磁作动器的增大电流，使旋转轴位于轴承作动器中心。用主动磁浮轴承系统代替传统的接触式滚动轴承、润滑系统和机械作动系统，可大大减 少发动机的零件数从而大大减轻系统的重量（预计大型航空发动机可减重10% 15%）和简 化结构，改善可靠性和维修性，降低成本，免除普通发动机滑油带来的着火危险；由于磁浮 轴承能承受更高的温度（550600。0，因此可设计得离燃烧室或涡轮更近，这样使发动机 的结构更紧凑；采用主动磁浮轴承可以减少振动，改善发动机的转子动力学特性；磁浮轴承 可进行主动振动控制和叶尖间隙控制，还可进行状态监视。分布式控制系统目前航空发动机所用集中式全权数字电子控制系统（FADEC）的所有控制处

6、理和计算以 及输入输出信号的滤波与处理都通过一个FADEC装置实现。多电发动机分布式控制系统的 数据总线与系统中多个灵巧作动器或传感器相连每个作动器或传感器都具有一定的处理功 能，可执行当地的功能。采用分布式控制系统可减轻发动机的重量、提高可用性、改善故障隔离特性、减少寿命 期成本、减轻驾驶员工作负荷、改进发动机控制、带来故障检测和维修性方面的好处。预计， 采用分布式控制系统的大型民用发动机的重量可减轻约50千克，维修成本可减少20% 30%。电动燃油泵它是多电发动机的重要部件。目前航空发动机的主燃油泵都是固定排量的齿轮泵，这种 燃油泵可靠性很高。但由于齿轮泵的转速与发动机的转速直接相关，因此

7、，在有些飞行状态 下齿轮泵所提供的燃油远高于发动机所需燃油量。为解决这个问题，需要大量燃油重新流回 燃油箱。结果是燃油温度升高，因此需要对流回的燃油进行冷却，以防止燃油系统超温。具有智能控制器的电动燃油泵的转速与发动机的转速无关，因此，可根据发动机的需要 调整转速来提供发动机所需的燃油量，而无需燃油流回，这样既减轻了系统的重量，也降低 了系统的复杂性。目前，美国已在发动机上验证了这项技术。燃油泵中的一个双通道电子控 制器通过数据总线获取燃油流量的需求信息，然后调节燃油阀的位置到所要求的燃油量。电力作动器传统的航空发动机采用的液压作动器始终有泄漏，因此当发动机系统性能下降时，总是 难以判断是不是

8、液压作动器的泄漏造成的。采用电力作动器则很容易进行故障识别，因为起 动/发动机和功率电子设备都传递自己的信号。此外，传统机械液压作动器的拆除非常麻烦， 需有经验的维修人员操作，并需要地面保障设备的支持。而电力作动器的拆除非常简单，只 需断开电路，拧下与作动器连接的螺栓即可。备价轴承主动磁浮轴承存在的最大问题是当电力失效时，高速旋转的磁悬浮转子会迅速失去悬 浮，造成灾难性后果，因此，多电发动机必须安装轻重量的备份轴承以保证在磁浮轴承发 生故障时能支撑高速旋转的转子，而且能够工作30分钟以上。关键技术和难点多电发动机的部件设计要求重量轻、体积小、功率密度高、结实耐用、发动机与飞机系 统的高度综合、

9、耐高温、热管理特性好和控制技术先进等，因此，需要解决以下关键技术和 难点。高温主动磁浮轴承技术非接触式高温位置传感器。技术难点是传感器在0C 600C范围内的温度补偿技术、 小直径（约0.1毫米）传感器线圈的制造技术和高温下稳定工作技术。目前研究中的高温位移 传感器有电感传感器、电容传感器、磁通传感器、涡流传感器等。美国已经试验了能在650C 下工作的电感式位置传感器。高温铁磁体材料。需发展磁浮轴承转子和静子叠片用的耐高温、高饱和磁密、高强度 和低涡流损失的铁磁材料。电磁线圈绝缘材料。多电发动机的磁性轴承要在550C的高温下工作，因此，需要采 用耐高温的绝缘材料作为励磁线圈的绝缘层。目前采用的

10、陶瓷材料比较脆加工中容易破裂、 脱落，并且寿命较短，因此，需要发展寿命长、性能更好的绝缘材料。内置式整体起动/发电机技术它的技术难点除了与磁浮轴承类似的高温铁磁材料和绝缘材料、涡流损失控制、电磁屏 蔽和与发动机的综合控制外，起动/发电机的设计和起动/发电机与发动机的一体化设计也是 技术难点。分布式控制技术其关键是分布式控制系统的总体结构和运行模式、余度多路传输光纤总线、多余度数字 处理机和并行处理技术。高温电子设备及其绝缘常规电子设备的耐温能力为1251,多电发动机的电子设备处于高温工作环境，因此需 要发展耐高温的电子设备，研究中的碳化硅芯片可在300-400的高温下长期工作，在 6501下短

11、期工作。此外，碑化镓和铝碑化镓材料也是耐高温电子设备有前途的材料。目前，电子机械的绝缘材料受最高温度2001的限制。因此，要发展尺寸小、重量轻和 功率大的电子机械，就需要新的绝缘技术，玻璃陶瓷绝缘材料是发展方向之一。高温电子设备的热管理电子设备通常产生大量的热，要保持部件的温度需要复杂的冷却系统，但这会增加系统 成本和重量。如果没有好的热管理系统，电子机械的寿命和可靠性将下降。热管理也是提高 电力系统功率密度的关键，它可减轻总系统重量。因此，需要研究高温电子设备的热管理技 术。发展现状20世纪90年代，美国和欧共体主要围绕研究主动磁浮轴承技术和整体起动/发电机技 术开始实施多电发动机发展计划。

12、1994年，美国艾利逊公司和Synchrony公司就联合开发了燃气涡轮发动机用磁浮轴 承系统。从1998年开始，美国空军和NASA的格林研究中心、艾利逊先进技术开发公司、 Texas A&M公司以及弗吉尼亚大学一道进行高温磁浮轴承的试验，目标是验证537C 649C的主动磁浮轴承技术。2000年，美国将高温磁浮轴承技术列入航空关键技术计划。 美国国家级综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划将验证高温主动磁浮轴承技术作为第 三阶段的任务。美国空军的另一项计划是在2003年在一台喷气发动机的高压轴上采用磁浮 轴承，并进行地面试验。预计2010年左右进行磁浮轴承的飞行试验。1995年以前，美国

13、GE公司根据美国空军的合同完成了在F110-129发动机上的内置 式起动/发电机的初步设计，功率为375千瓦。美国TRW公司研制的变频发电机具有高电 力输出、不增加重量，并且具有可靠性和维修性好的优点。目前，该公司功率为12 0千瓦 的变频发电机已完成了 1000多小时的加速任务试验，功率150千瓦的发电机也正在研究 中。今后，整体起动/发电机的发展方向是发电机与发动机控制的更高度综合，使发动机的 电力管理实现最优化。1998年4月，欧洲启动了航空发动机用主动磁浮轴承(AMBIT)计划。这项为期3年的 基础性研究计划的目的是开发主动磁浮轴承和备份轴承，同时预测它们的性能，并确定它们 在高温和高

14、动态载荷条件下的工作极限。该计划重点是高温材料和鲁棒控制，并开发预测性 能的分析工具，最后在试验台上验证了所获得的技术。由于AMBIT进展顺利，2002年1 月，欧洲启动7AMBIT的后继计划，即灵巧航空发动机用磁浮轴承计划(MAGFLY)。该计 划为期42个月，总投资436.767万欧元，参与该计划的包括航空发动机公司、轴承公司、 大学和软件公司在内的10家机构。2000年11月，英国政府起动了为期四年的多电发动机和机翼系统(MEEAWS)计划， 该计划是1997年一个相似计划的继续，计划的目标是发展装在轴上的整体起动/发电机和 主动磁浮轴承，用电力系统取代液压和气压系统，以降低飞机重量与成本和提高可靠性。2002年2月，欧盟开始电力优化飞机(POA)计划，它是目前欧盟投资的经济的近期低 污染(ANTLE)计划的继续。ANTLE是欧洲发展多电发动机技术的重要计划。这项计划集中 了大量研究中的技术。目前，美国和欧洲都在研究内置式整体起动/发电机技术。美国的研究在多