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飞机电动滑行系统驱动特性及节能减排性能分析

唐建军 郭卫东 徐东光 贾玉红

唐建军, 郭卫东, 徐东光, 等 . 飞机电动滑行系统驱动特性及节能减排性能分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(8): 1545-1554. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0487
引用本文: 唐建军, 郭卫东, 徐东光, 等 . 飞机电动滑行系统驱动特性及节能减排性能分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(8): 1545-1554. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0487
TANG Jianjun, GUO Weidong, XU Dongguang, et al. Driving characteristics and energy saving and emission reduction performance of aircraft electric taxiing system[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(8): 1545-1554. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0487(in Chinese)
Citation: TANG Jianjun, GUO Weidong, XU Dongguang, et al. Driving characteristics and energy saving and emission reduction performance of aircraft electric taxiing system[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(8): 1545-1554. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0487(in Chinese)

飞机电动滑行系统驱动特性及节能减排性能分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0487
详细信息
    作者简介:

    唐建军  男, 硕士研究生。主要研究方向:机械设计、飞行器设计、起落架系统设计与起落架控制技术

    贾玉红  女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:机械设计、飞行器结构设计、飞机起落架设计与主动控制技术

    通讯作者:

    贾玉红, E-mail:jiayuhong@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V228.5;V19

Driving characteristics and energy saving and emission reduction performance of aircraft electric taxiing system

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  • 摘要:

    针对某中程飞机设计了基于主起落架机轮驱动的飞机电动滑行系统(AETS),并对其进行了仿真分析。利用MATLAB/Simulink对AETS进行了建模,分别构建了驱动电机模型、机械系统模型和排放性能评估模型;在此基础上进行了驱动能力、稳定性及节能减排性能的仿真。结果表明:所设计系统驱动能力良好,稳定性优异,节能减排效果明显。利用所设计系统驱动目标飞机在地面上滑行最大速度可达4.91 m/s,基本满足滑行要求;当外在负载波动时,其滑行速度能够平稳调节;在相同条件下,当滑行距离为1 500 m时,利用AETS代替主发动机驱动飞机滑行可节省燃油75%以上,减排CO、HC、NOX等有害气体67%以上。

     

  • 图 1  AETS组成结构

    Figure 1.  Composition and structure of AETS

    图 2  飞机滑行受力状况

    Figure 2.  Stress state of aircraft taxiing

    图 3  AETS机械系统

    Figure 3.  Mechanical systems of AETS

    图 4  BLDCM Simulink模型

    Figure 4.  Simulink model of BLDCM

    图 5  传动系统Simulink模型

    Figure 5.  Simulink model of transmission system

    图 6  飞机本体Simulink模型

    Figure 6.  Simulink model of aircraft body

    图 7  CFM56-5B/4P型发动机性能参数拟合函数图像

    Figure 7.  Fitting function images of CFM56-5B/4P engine performance parameters

    图 8  目标型号APU性能Simulink模型

    Figure 8.  Simulink model of target APU performance

    图 9  目标型号主发性能Simulink模型

    Figure 9.  Simulink model of target main engine performance

    图 10  AETS仿真逻辑结构

    Figure 10.  Simulated logic structure of AETS

    图 11  AETS Simulink封装模型

    Figure 11.  Simulink encapsulation model of AETS

    图 12  驱动能力仿真

    Figure 12.  Simulation of driving capability

    图 13  稳定性仿真

    Figure 13.  Simulation of stability

    图 14  两种驱动方式燃油消耗、气体排放对比

    Figure 14.  Comparison of fuel consumption and gas emission between two driving modes

    图 15  AETS相对于主发燃油消耗节省率、有害气体减排率

    Figure 15.  Fuel saving rate and harmful gas emission reduction rate of AETS relative to main engine

    表  1  A320-200型飞机和滑行道等相关参数[6, 10-11]

    Table  1.   Relevant parameters of A320-200 aircraft and taxiway[6, 10-11]

    分类 参数 数值
    滑行参数要求(技术指标) 滑行速度/(km·h-1) 20
    滑行加速度/(m·s-2) 0.25
    滑行时间/min ≤15
    A320-200飞机主要参数 最大起飞质量/kg 77 000
    主发型号 CFM56-5B/4P
    APU型号 GTCP36-300
    主起落架承重/% 85.4~95.4
    主轮直径/mm 911
    前轮直径/mm 353
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    表  2  AETS相关数据

    Table  2.   Related parameters of AETS

    参数 数值
    飞机增重/kg 200
    传动比 18.37
    APU发电机额定功率/kW 90
    机械传递效率 0.895
    电气传递效率 0.92
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    表  3  北京首都国际机场相关参数

    Table  3.   Related parameters of Beijing Capital International Airport

    分类 参数 数值
    滑行道参数 滑行道长度/m 1 500
    滑行道坡度/rad 0.001
    滑行道材质 干湿混凝土
    附着力系数 0.5
    气候参数 基准温度/(°) 32.8
    平均气压/kPa 102.04
    水蒸气饱和气压/Pa 1 700
    平均湿度/% 50
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    表  4  GTCP36-300型APU性能参数[15]

    Table  4.   Performance parameters of GTCP36-300 APU[15]

    参数 数值
    燃油消耗率FBIF/(kg·s-1) (75+0.267 5PAPU-3.5×10-4PAPU2)/3 600
    CO排放率EIFC/(g·kg-1) 8.67
    HC排放率EIFH/(g·kg-1) 0.71
    NOX排放率EIFN/(g·kg-1) 6.8
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    表  5  CFM56-5B/4P型发动机性能参数[16]

    Table  5.   Performance parameters of CFM56-5B/4P Engine[16]

    状态 燃油消耗率
    FBIF/(kg·s-1)
    污染物排放率/(g·kg-1)
    EIFH EIFC EIFN
    起飞 100 1.132 0.2 0.9 28
    爬升 85 0.935 0.2 0.9 23.2
    进近 30 0.312 0.5 2.3 10
    滑行 7 0.104 4.6 23.4 4.3
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  • 收稿日期:  2019-09-06
  • 录用日期:  2020-11-10
  • 刊出日期:  2020-08-20

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