| 单词 | 飞机电力传动 |
| 释义 | 【飞机电力传动】 拼译：aircraft electrical motor drives 即将电能转换为机械能传动飞机以及发动机部件或其他机械设备和装置的系统。 第一次世界大战时的飞机上用直流电动机作为航空发动机的起动机。二次世界大战后，恒速恒频交流电源开始广泛应用，在飞机开始使用异步电机。70年代稀土永磁材料的发展和电力电子技术的进步，使无刷直流电动机得到迅速发展和应用。飞机电力传动有三类，即直流电力传动、交流电力传动和无刷直流传动。1．直流电力传动。二次世界大战期间的飞机广泛采用直流电机的电动机构，以操纵起落架、安定面、襟翼、散热器风门和调整片。油泵、直流升压机、旋转变流机等均用直流电动机传动。炮塔和雷达天线传动有的用电动液压系统，有的直接采用电动系统。喷气式飞机的水平尾翼操纵系统的力臂自动调节装置的基本部件也是用直流电动机操纵的。直流电机所以能在飞机上得到广泛应用，主要因为其工作可靠性高，体积小重量轻和性能良好。早在30～40年代，就对直流电机的高空换向和电刷磨损，高速电机结构强度，换向特点和电机的损耗发热与冷却等问题进行了系统的研究，打下了较好的基础。40年代，又对电动液压随动系统和发电机－电动机(电机放大机－电动机)随动系统的基本理论和系统构成作了有成效的研究，提高了随动系统的稳态精度(采用精和粗两个通道)和动态特性，从而在大中型轰炸机上装置了自卫能力很强的旋转炮塔。50年代，喷气式飞机迅速发展，特别是喷气战斗机能在很大的高度和速度范围内飞行。为了改善飞机的操纵性，采用全动式水平尾翼。同时在驾驶杆与水平尾翼操纵系统间设置力臂自动调节装置，以便在不同速度与高度下做同一飞行动作时有相同的杆位移，并使杆力也随速度与高度变化，从而使飞机电力传动机械成为飞机操纵系统中不可缺少的环节。喷气式发动机的出现为发展直流起动发电机创造了条件。发动机工作前，该电机起电动机作用，使发动机旋转到一定转速，然后喷油点火，发动机进入工作状态，反过来传动该电机成为发电机，实现一台电机两个用途。美国和苏联工程师50和60年代在这方面进行了大量研究工作，提出了好几种起动航空发动机的设计方案，以便在一定的电源容量条件下，缩短航空发动机的起动时间和减少起动时电能的消耗。2．交流电力传动。恒频交流电源的应用为交流电动机的应用创造了条件。50年代起，交流电动油泵、电动风机和交流电动机在飞机上广泛应用。同功率的交流电动机比直流电动机小，也更可靠。飞机用感应电动机比地面工业用电机，除工作条件更恶劣且为高速工作外，电机的结构适应性是一个重要的研究课题。例如位于机翼油箱中的电动油泵，由于超音速战斗机的机翼很薄，只能安装扁平结构的电动泵，泵电机亦必须为扁平结构。只有解决了结构参数对电动机特性的影响等问题后，才使扁平电动油泵装机作用。各种阀门控制与操纵用电动机功率不大，从便于配电出发，宜用单相电动机，而单相电动机启动转矩比较小，而开关阀门却需要较大起动力矩。为此对飞机的启动原理与方法进行了深入研究，同时又研究了三相电机不对称供电时的运行特性。飞机电源容量与大功率电机功率之比较地面电力系统小得多，因此飞机电动机的运行不仅对电源系统的稳态性能有影响，也对系统瞬态特性有很大影响，甚至会使电系统中的某些保护器的跳闸。于是将大功率电力传动装置的研究和飞机电源系统及配电系统的研究联系在一起了，这项工作对飞机交流供电系统的发展有很重要的意义。3．无刷直流传动。二次大战期间不少飞机应用了直流电力传动装置，但由于喷气式飞机的操纵力显著加大，故飞机操纵用作动筒在战后由电动机构改为液压机构，因为液压作动筒有作用力大、体积小和响应快等特性。60年代后期和70年代初，美国多架军用机因液压作动筒故障失事，迫使人们回过来用机电作动筒作液压操纵的后备机构。由于电工材料(主要是铁钴钒软磁、稀土钴硬磁材料和耐高温绝缘材料)和电力电子器件的发展，新研制的机电作动筒采用永磁无刷直流电机作为动力源，用电力电子装置作功率控制部件。美国宇航局(NASA)和德尔康(Delco)电子公司等单位的研究人员为发展机电作动简和无刷直流电机作了大量工作。如稀土永磁电机的结构与工艺，气冷与油冷却技术，电力电子电路的拓扑结构，四象限运行及其控制，双闭环系统的动态特性，余度与容错技术，多余度机电作动筒内各电机功率均分，故障检测、诊断、隔离和保护技术等。与此同时，美国宇航局的约翰逊空间中心还对比分析了液压作动筒与机电作动简在航天飞机升降副翼操纵系统中的应用特点，用计算机模拟计算了航天飞机从地面发射、轨道作业到返回地面的一次飞行中两者能量消耗量的大小。计算表明，若设液压作动筒能量消耗为100，则采用机电作动筒的能量消耗量为2．9。机电作动简的发展，逐渐呈现出它取代液压作动筒作为飞机主操纵机构的趋势。在这种情况下，美国洛克希德飞机公司克洛宁(J．Cronin)等于70年代后期提出了全电飞机的设想，并为此进行了大量论证工作。全电飞机就是用电能取代常规飞机上的液压能和气压能。实现全电飞机的主要技术关键是：用机电作动筒操纵控制飞机和发动机；用电力传动机械操纵起落架、舱门等飞机部件；发展电气环境控制系统和发展大容量无刷起动发电机及大容量高效率飞机电源。机电作动筒与液压作动简相比，在体积重量相同时，机电作用筒有更高的可靠性和响应速度。电气环境控制系统的核心部件是通风机和压缩机的大容量传动电动机，为减小电机体积重量，目前的主要技术措施是提高电机转速，例如为50000r／min左右。这涉及到电机结构强度轴承动平衡和高频电源等一系列问题。大容量无刷起动发电机在起动航空发动机时处于电动机工作状态，如何提高起动转矩、减小最大消耗功率等也是必须研究解决的问题。由此可见，全电飞机要求解决电力传动系统方面的一系列技术问题，它们的解决将使飞机电力传动发展到一个新的水平。【参考文献】：1 Bert Sawyer Design of A Samarium Cobalt Brushless DC Mo to r for Electromechenical Actuator Applications，NAECON’77∶11082 Swingle W L．The Elect ric orbiter，NAECON’81∶2293 Michael J．Cronin The All Electric Airplane Its Development and Logistic Support NAECON’81∶2414 于敦译．飞机电气系统设计指南．北京：国防工业出版社，19835 刘迪吉主编．航空电机学．北京：航空工业出版社，1992(南京航空航天大学严仰光教授撰) |
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