飛機(jī)電滑行系統(tǒng)的功率需求分析

1、飛機(jī)電滑行系統(tǒng)的功率需求分析近幾年，隨著公眾的環(huán)保意識(shí)的不斷提高，各國政府或組織開始對(duì) 民用飛機(jī)提出了更高的環(huán)保要求，另外，隨著國際油價(jià)的不斷攀升,航 空公司為了應(yīng)對(duì)高油價(jià)降低運(yùn)營成本對(duì)民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性也提出了 更高的要求，因此，飛機(jī)制造商為了應(yīng)對(duì)市場對(duì)民用飛機(jī)的這種更高的 環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性要求,就必須尋求有效的解決方案。除了提高發(fā)動(dòng)機(jī) 的性能降低油耗和優(yōu)化飛機(jī)氣動(dòng)外形等傳統(tǒng)的技術(shù)途徑外，還有一種 在飛機(jī)上安裝一套電滑行系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)想，配備這套系統(tǒng)后，飛機(jī)在跑 道上滑行時(shí)不需要開啟發(fā)動(dòng)機(jī)，僅依靠由APU供電的電滑行系統(tǒng)就可 以驅(qū)動(dòng)飛機(jī)滑行，這樣就可以節(jié)約燃油成本、降低發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)成本、 延長發(fā)動(dòng)機(jī)

2、壽命、提高飛機(jī)的安全性、縮短轉(zhuǎn)場時(shí)間、減小廢氣排放 和噪音污染,但這套系統(tǒng)在技術(shù)上是否可行值得研究。下文將以B737-800為例對(duì)飛機(jī)電滑行系統(tǒng)進(jìn)行功率需求分析。1技術(shù)要求1.1技術(shù)指標(biāo)最大滑行速度:20km/h;020km/h加速時(shí)間:10s;(3)跑道類型:干濕混凝土跑道;跑道坡度:0.001;（5）牽引重量:72800kg。1.2技術(shù)指標(biāo)確定依據(jù)1.2.1最大滑行速度飛機(jī)電滑行最大速度確定主要是參考現(xiàn)有的地面牽引車的額定 作業(yè)速度，目前民用飛機(jī)牽引車的額定作業(yè)速度約為5 15km/h（無桿 牽引車可達(dá)30km/h）?？紤]到無桿和有桿牽引車兩種情況這里選取最 大滑行速度為20km/h1。1

3、.2.2 020km/h 加速時(shí)間這里假設(shè)電滑行系統(tǒng)可使飛機(jī)020km/h的加速時(shí)間為10s，且整 個(gè)加速過程為勻加速，可知飛機(jī)在10s內(nèi)從靜止加速到最高滑行速度 20km/h（合5.5m/s）所要求的加速度為0.55m/s2。因此，這里選定飛機(jī)電 滑行啟動(dòng)加速度為0.55m/s2。1.2.3牽引重量這里選用B737-800飛機(jī)的最大商載重量約72800kg為牽引重量。2技術(shù)方案電滑行系統(tǒng)主要由駕駛艙控制手柄、電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成, 另外還包括APU到電機(jī)控制器的電源饋電線、電機(jī)控制器到電機(jī)的 電源饋電線和駕駛艙控制手柄到電機(jī)控制器的控制信號(hào)線等連接線 路。系統(tǒng)的工作過程是:首先飛行員啟動(dòng)

4、APU帶動(dòng)發(fā)電機(jī)給系統(tǒng)供電, 電滑行系統(tǒng)從115V交流互聯(lián)匯流條上通過電源轉(zhuǎn)換模塊獲得所要求 的電壓，然后將電滑行控制手柄置于前進(jìn)或后退位,控制手柄會(huì)發(fā)出相 應(yīng)指令給電機(jī)控制器，電機(jī)控制器則控制安裝在前機(jī)輪上的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并通過行星齒輪組成的變速箱放大扭矩，通過齒輪輻驅(qū) 動(dòng)機(jī)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣飛機(jī)就會(huì)向前或向后滑行。3功率需求分析3.1確定計(jì)算參數(shù)（1）輪胎的最大靜摩擦系數(shù)。根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第14分冊(cè)起飛著陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)第6.4.3.1 節(jié)，可知輪胎與地面的摩擦系數(shù)為：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（濕滑路面

5、）;V為滑行速度,單位為km/h。因?yàn)轱w機(jī)滑行速度V=20km/h(合5.5m/s)，所以根據(jù)如上公式及參 數(shù)值可知平滑濕滑路面的最大靜摩擦系數(shù)為為0.67。另外，根據(jù)ISO/TC20 1432推薦的各種路面條件下的附著系數(shù)表 2,如表1所示，可知濕混凝土路面的最大靜摩擦系數(shù)(附著系數(shù))為 0.5。因此，這里選用嚴(yán)酷的濕混凝土面的最大靜摩擦系數(shù)0.5比較合 理。(2 )輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)。根據(jù)機(jī)械工業(yè)出版社出版的汽車?yán)碚摰?版給出的汽車在各 種路面以中低速行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力系數(shù)大致值表可知，一般的瀝青或 混凝土路面的的滾動(dòng)阻力系數(shù)為0.0180.02，這里取=0.02。(3)B737-800飛機(jī)

6、的重心參數(shù)。前起落架所受垂直載荷范圍為6.7%13.5%,這里取最嚴(yán)酷的 6.7%。3.2建立飛機(jī)電滑行動(dòng)力學(xué)方程飛機(jī)電滑行的運(yùn)動(dòng)原理與前驅(qū)或后驅(qū)汽車的運(yùn)動(dòng)原理一樣，所以 其動(dòng)力學(xué)方程式也一樣,而根據(jù)汽車?yán)碚摰钠囆旭偡匠淌?1-10)可知，飛機(jī)電滑行的動(dòng)力學(xué)方程為:Ft=Ff+Fw+Fi+Fj或n; + Gsinr21.15 Jdi考碧到實(shí)際上正常迫膝的坡度角廈不 大工gfifitsL minor打tan a： =i; i為國道坡度， 因?yàn)轱w機(jī)電滑行時(shí)速屐大為如kWh,空氣 甘打可敏忽略爪計(jì)，另虬園為機(jī)蛉可轉(zhuǎn)產(chǎn) 生的慎性力相對(duì)于飛機(jī)平移隨星產(chǎn)生的懾 性力很小，所項(xiàng)E狒場昇割早部腕系炬 E 5

7、,故將11式號(hào)加yGf+Gi+m,由成庫.：、為辨勃丸匚為噩地近力，巳為 察氣苯力，F(xiàn)為堤陛坦力，f 牌加成加 速坦力兀3-3碑定舞劃方定因?yàn)橹鳈C(jī)貌內(nèi)惻安裝有機(jī)輪剝車裝 %役有足翌的t間刖安裝輪披電機(jī).所 以輪轂電機(jī)只能安裝于飛機(jī)訶花內(nèi)閶- 3. 4計(jì)算毛機(jī)藏動(dòng)輪最大附缶力根據(jù)汽卑用論甘筮：21頁可知，3畫時(shí) 檢胎切問反作用力的棋眼佰為附著力 在拋酩畫上它與郛詁籍注向應(yīng)作用方她 成正北常寫作氣皿=已=朽伊已吧E機(jī)海打鼓大G=72fl00kgh的落 系數(shù)V =0. 5,前輯承域?yàn)轱w機(jī)審壇的色0所 以驅(qū)動(dòng)地最大胴若”粵=23地，坤T3.5飛機(jī)電滑行需要的最小驅(qū)動(dòng)力當(dāng)飛機(jī)處于靜止和滑行的臨界狀態(tài)時(shí)，

8、飛機(jī)處于平衡狀態(tài),此時(shí)電 機(jī)的驅(qū)動(dòng)力為最小，加速度為0,根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程得飛機(jī)電滑行需要的 最小驅(qū)動(dòng)力=15288N因?yàn)閂所以前輪可以提供足夠的附著力牽引飛機(jī)滑行。3.6電滑行啟動(dòng)加速段所需的驅(qū)動(dòng)力根據(jù)2.2.2節(jié)分析得到的電滑行時(shí)飛機(jī)啟動(dòng)加速度可知，整個(gè)加速 過程飛機(jī)加速度恒定為0.55m/s2。根據(jù)飛機(jī)電滑行時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程可 知，電滑行啟動(dòng)加速段所需的驅(qū)動(dòng)力fdf因?yàn)榉裁筢?，斯以前瞼可以根生足瞥的叫茬力牽引己機(jī)滑行3-6電滑ii同詁理逕值所需的新詁內(nèi)根點(diǎn).節(jié)分析日劃的電滑行時(shí)飛機(jī).R動(dòng)物透度呻冠，恪個(gè)加速遷程艾機(jī)折 速以恒距為口一對(duì)很據(jù)飛印電蹌行時(shí) 的幼占學(xué)方名如，電滑11啟刻加速皿淅 需的驅(qū)動(dòng)力FGf Gi+nt =550M-，4% F*cfl*由此.蜜電精行加速度為5凱誓，前輪金出哩打惜現(xiàn)象口京廠注iU工3.9小、結(jié)為保證電滑行系統(tǒng)按最大的加速度0.12m/s2起動(dòng)滑行（雖然該加 速度因打滑而不能滿足給定的加速性指標(biāo)要求，但仍暫按0.12m/s2計(jì) 算），計(jì)算所要求的功率為131.5kw但B737-800飛機(jī)的APU發(fā)電機(jī)功 率為90kva，無法滿足電滑行系統(tǒng)的