CN108438250A - 串联式混合动力飞机动力系统测试台架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串联式混合动力飞机动力系统测试台架，包括驱动电机、通过扭矩转速传感器与驱动电机连接且用于模拟螺旋桨负载特性的电力测功机、与驱动电机连接的驱动电机控制器、为驱动电机提供电能的动力电池、发电机、与发电机连接且带动发电机进行发电的发动机以及与驱动电机控制器、发电机和动力电池连接的集成控制器。本发明的串联式混合动力飞机动力系统测试台架，电力测功机系统能够模拟出螺旋桨特性，并可根据螺旋桨的特性对驱动电机进行加载，从而达到模拟飞机真实飞行时各系统工作情况，满足了串联式混合动力飞机动力系统的测试要求。
Description
技术领域
本发明属于飞机技术领域，具体地说，本发明涉及一种串联式混合动力飞机动力系统测试台架。
背景技术
随着人类对保护环境的意识不断提高，及能源危机越来越严重，发展新能源飞机是一个必然趋势，其中电作为清洁能源是首选方案，目前电池的能量密度相对较低，而飞机的载荷对重量要求十分严苛，就现状而言要想增加续航里程就必须增加电池的重量与体积，这是飞机无法接受的。能源如何在油与电之间找到一个平衡点，这就诞生了油电混合动力系统。
目前，新能源汽车动力系统测试台架较多，而油电混合动力飞机还处于起步阶段，专业的混合动力飞机动力系统测试台架还没有，急需一套完整的混合动力飞机动力系统测试台架，以验证设计方案可行性。现有技术无法满足上述技术要求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种串联式混合动力飞机动力系统测试台架，目的是满足串联式混合动力飞机动力系统的测试要求。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：串联式混合动力飞机动力系统测试台架，包括驱动电机、通过扭矩转速传感器与驱动电机连接且用于模拟螺旋桨负载特性的电力测功机、与驱动电机连接的驱动电机控制器、为驱动电机提供电能的动力电池、发电机、与发电机连接且带动发电机进行发电的发动机以及与驱动电机控制器、发电机和动力电池连接的集成控制器。
所述扭矩转速传感器的一端通过联轴器与所述驱动电机连接，扭矩转速传感器的另一端通过联轴器与所述电力测功机连接。
所述电力测功机与变频器连接，变频器从电网中取电以为电力测功机供电。
所述变频器与能耗单元通过动力电缆连接，能耗单元用于消耗所述电力测功机作为负载时的能量。
所述变频器根据输入的扭矩值，控制所述电力测功机输出扭矩，扭矩转速传感器实时反馈电力测功机与驱动电机轴端扭矩和转速变化情况，以确定驱动电机轴端功率。
所述发动机和所述发电机同安装架设置于增程器试验台上。
所述集成控制器根据所述动力电池的电量情况控制所述发动机的启动与停止。
所述集成控制器检测到所述动力电池的电量低于设定值时，集成控制器控制所述发动机启动，发动机带动发电机开始发电。
本发明的串联式混合动力飞机动力系统测试台架，电力测功机系统能够模拟出螺旋桨特性，并可根据螺旋桨的特性对驱动电机进行加载，从而达到模拟飞机真实飞行时各系统工作情况，满足了串联式混合动力飞机动力系统的测试要求。增程器试验台架能够保障发动机与发电机能够稳定的运行，为混合动力系统提供充足的能量。计算机控制台能够实现混合动力系统的启动停止，根据螺旋桨的特性，控制电力测功机的负载，记录各个分系统数据并生成表格自动处理，为分析各个系统是否达到设计要求提供了有力数据支撑，同时节约了试验人员对大量数据记录分析工作时间。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明串联式混合动力飞机动力系统测试台架的原理示意图；
图中标记为：1、驱动电机；2、扭矩转速传感器；3、电力测功机；4、铁地板；5、变频器；6、能耗单元；7、计算机控制台；8、驱动电机控制器；9、集成控制器；10、油门推杆；11、动力电池；12、发动机；13、增程器试验台；14、发电机。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1所示，本发明提供了一种串联式混合动力飞机动力系统测试台架，包括计算机控制台7、驱动电机1、通过扭矩转速传感器2与驱动电机1连接且用于模拟螺旋桨负载特性的电力测功机3、与驱动电机1连接的驱动电机控制器8、为驱动电机1提供电能的动力电池11、发电机14、与发电机14连接且带动发电机14进行发电的发动机12以及与驱动电机控制器8、发电机14和动力电池11连接的集成控制器9。本发明的串联式混合动力飞机动力系统测试台架结构简单，能够实现混合动力飞机动力系统的测试，有效的测试出飞机动力系统的各项性能指标，为飞机动力系统设计方案的可行性提供依据。
具体地说，如图1所示，电力测功机3与驱动电机1固定在铁地板4上，扭矩转速传感器2位于电力测功机3与驱动电机1之间，扭矩转速传感器2的一端通过联轴器与驱动电机1连接，扭矩转速传感器2的另一端通过联轴器与电力测功机3连接。电力测功机3与变频器5连接，变频器5从电网中取电以为电力测功机3供电。电力测功机3用于模拟飞机螺旋桨的负载特性，电力测功机3用于输出扭矩，驱动电机1定转速，计算机控制台7根据螺旋桨的特性，输入扭矩值给变频器5，变频器5控制电力测功机3输出扭矩，扭矩转速传感器2实时反馈电力测功机3与驱动电机1的轴端扭矩和转速的变化情况，从而确定驱动电机1轴端功率(轴端功率指驱动电机的轴端输出的功率)。驱动电机1可以带动电力测功机3运转，电力测功机3的结构如同本领域技术人员所公知的那样，在此不再赘述。
电力测功机3、变频器5、扭矩转速传感器2和能耗单元6构成为驱动电机1提供负载的负载系统，可以根据螺旋桨特性模拟螺旋桨负载的变化，从而充分的模拟了飞机在真实飞行工况下动力系统的工作情况，满足串联式混合动力飞机动力系统的测试要求。变频器5与能耗单元6通过动力电缆连接，能耗单元6用于消耗电力测功机3作为负载时产生的能量，即能耗单元6用于消耗驱动电机1的能量。变频器5与能耗单元6及380V交流电通过动力电缆连接，计算机控制台7与变频器5及扭矩转速传感器2通过信号线连接，变频器5和扭矩转速传感器2受到计算机控制台7的控制，扭矩转速传感器2将检测到的电力测功机3和驱动电机1的轴端扭矩和转速等数据信息传输至计算机控制台7。变频器5根据输入的扭矩值，控制电力测功机3输出扭矩，扭矩转速传感器2实时反馈电力测功机3与驱动电机1轴端扭矩和转速变化情况，以确定驱动电机1轴端功率。
如图1所示，发电机14与发动机12构成增程系统，发动机12的曲轴与发电机14直接连接，发动机12运转后，可以带动发电机14运转。发动机12和发电机14同安装架设置于增程器试验台13上，从而保证发动机12与发电机14能够稳定可靠的运行。集成控制器9根据功率需求情况，控制发动机12的输出功率，发电机14产生的电能通过集成控制器9整流成直流电为驱动电供电及为动力电池11充电。飞行员通过操纵油门推杆10，集成控制器9采集信息并处理，给驱动电机控制器8发出指令，驱动电机控制器8根据油门推杆10角位移传感器的变化情况控制驱动电机1的输出功率。
如图1所示，驱动电机1与驱动电机控制器8通过动力电缆连接，驱动电机控制器8与集成控制器9通过动力电缆连接，集成控制器9与动力电池11及发电机14通过动力电缆连接，集成控制器9与油门推杆10、发动机12、动力电池11、驱动电机控制器8和计算机控制台7通过信号线连接。集成控制器9根据动力电池11的电量情况控制发动机12的启动与停止，集成控制器9检测到动力电池11的电量低于设定值时，集成控制器9控制发动机12启动，发动机12带动发电机14开始发电。
计算机控制台7通过集成控制器9控制混合动力系统的启动与停止，操纵油门推杆10，集成控制器9控制驱动电机控制器8，驱动电机控制器8根据油门推杆10的变化情况控制驱动电机1的转速，计算机控制台7采集扭矩转速传感器2的转速信号以确定驱动电机1的当前转速，计算机控制台7根据螺旋桨的特性，输入扭矩值给变频器5，变频器5控制电力测功机3的输出扭矩值。动力电池11的电能通过集成控制器9传输给驱动电机控制器8进行逆变处理后提供至驱动电机1，电力测功机3的输出扭矩若增大，为维持轴端功率平衡，则加大对驱动电机1的供电功率，以提高安全性。集成控制器9检测到动力电池11的电量低于设定值时，集成控制器9控制发动机12启动，发动机12带动发电机14开始发电，通过集成控制器9进行整流处理后为驱动电机1供电；若驱动电机1需求功率较小，则通过集成控制器9为动力电池11充电。
计算机控制台7主要由数据采集系统、上位机软件和混合动力主控开关等构成，计算机控制台7用于实时监测由负载系统提供的负载的变化情况及各系统工作是否正常。在测试时，混合动力主控开关开启后，操纵油门推杆10，以使油门推杆10固定在一个位置，驱动电机1的转速恒定，数据采集系统采集扭矩转速传感器2的信号，以得到驱动电机1当前的转速，根据螺旋桨的负载特性，通过上位机软件输入符合螺旋桨负载特性的负载值，发送给变频器5，变频器5控制电力测功机3的输出扭矩，最终当电力测功机3的输出扭矩稳定后，数据采集系统记录各个分系统实时数据并生成表格。
本发明的串联式混合动力飞机动力系统测试台架，充分解决了串联式混合动力飞机动力系统测试需求问题，通过电力测功机3很好的模拟了螺旋桨的负载特性，根据电力测功机3的负载变化情况，集成控制器9不断调整动力电池11的输出功率，集成控制器9并根据动力电池11的电量情况控制器发动机12的启动与停止。计算机控制台7控制混合动力系统的启动与停止，根据螺旋桨特性控制电力测机的输出功率，并记录各个系统工作时的数据。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.串联式混合动力飞机动力系统测试台架，其特征在于：包括驱动电机、通过扭矩转速传感器与驱动电机连接且用于模拟螺旋桨负载特性的电力测功机、与驱动电机连接的驱动电机控制器、为驱动电机提供电能的动力电池、发电机、与发电机连接且带动发电机进行发电的发动机以及与驱动电机控制器、发电机和动力电池连接的集成控制器。
2.根据权利要求1所述的串联式混合动力飞机动力系统测试台架，其特征在于：所述扭矩转速传感器的一端通过联轴器与所述驱动电机连接，扭矩转速传感器的另一端通过联轴器与所述电力测功机连接。
3.根据权利要求1或2所述的串联式混合动力飞机动力系统测试台架，其特征在于：所述电力测功机与变频器连接，变频器从电网中取电以为电力测功机供电。
4.根据权利要求3述的串联式混合动力飞机动力系统测试台架，其特征在于：所述变频器与能耗单元通过动力电缆连接，能耗单元用于消耗所述电力测功机作为负载时的能量。
5.根据权利要求4所述的串联式混合动力飞机动力系统测试台架，其特征在于：所述变频器根据输入的扭矩值，控制所述电力测功机输出扭矩，扭矩转速传感器实时反馈电力测功机与驱动电机轴端扭矩和转速变化情况，以确定驱动电机轴端功率。
6.根据权利要求1至5任一所述的串联式混合动力飞机动力系统测试台架，其特征在于：所述发动机和所述发电机同安装架设置于增程器试验台上。
7.根据权利要求1至6任一所述的串联式混合动力飞机动力系统测试台架，其特征在于：所述集成控制器根据所述动力电池的电量情况控制所述发动机的启动与停止。
8.根据权利要求7所述的串联式混合动力飞机动力系统测试台架，其特征在于：所述集成控制器检测到所述动力电池的电量低于设定值时，集成控制器控制所述发动机启动，发动机带动发电机开始发电。
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