電力驅(qū)動綠色航空主題創(chuàng)新區(qū)

電力驅(qū)動綠色航空主題創(chuàng)新區(qū)創(chuàng)新項目發(fā)布一、主題創(chuàng)新區(qū)介紹多電全電飛機電力系統(tǒng)是機載電能源的重要載體，實現(xiàn)對電能的高效利用與智能管理。本主題創(chuàng)新區(qū)緊密結(jié)合國家綠色航空、智慧航空發(fā)展的重大需求，結(jié)合國家重點基礎(chǔ)研究項目、大飛機專項以及航空院所實際需要，開設(shè)“多電飛機無刷起動發(fā)電技術(shù)”、“電動飛機高效電推進技術(shù)”、“多電全電飛機能量優(yōu)化管理”等相關(guān)創(chuàng)新訓(xùn)練專題，以建立本科生航空電力系統(tǒng)知識體系、培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力為目標(biāo)，著重訓(xùn)練學(xué)生在電氣工程、自動控制、信息技術(shù)和人工智能等多學(xué)科交叉下分析處理問題的能力。本主題創(chuàng)新區(qū)為本科生提供先進的實驗儀器設(shè)備與研究平臺，包括高帶寬多通道示波器、交直流可編程電源、高性能仿真工作站與不同功率等級的驅(qū)動/發(fā)電實驗平臺。多名經(jīng)驗豐富的科創(chuàng)指導(dǎo)教師以及航空電氣領(lǐng)域行業(yè)專家聯(lián)合指導(dǎo)，在理論學(xué)習(xí)與實踐中為學(xué)生講授科學(xué)研究方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，激發(fā)創(chuàng)新熱情。歡迎優(yōu)秀本科生積極參與，共同為多電全電飛機電力系統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展添磚加瓦。項目詳情如下：二、課題介紹課題1指導(dǎo)教師：張卓然項目名稱：電推進飛機高轉(zhuǎn)矩密度永磁電機系統(tǒng)及其驅(qū)動技術(shù)研究項目來源：國家自然科學(xué)基金重點項目項目簡介：航空電推進技術(shù)是飛機動力系統(tǒng)的重要革新，突破了傳統(tǒng)飛機發(fā)動機能源利用效率的極限，已成為綠色航空的重要發(fā)展方向，高轉(zhuǎn)矩密度電機系統(tǒng)是航空電推進技術(shù)的核心與關(guān)鍵。本項目針對永磁電機在航空電推進系統(tǒng)中的應(yīng)用特點，深入分析電推進飛機對電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩密度、效率及安全性等特殊要求，開展高轉(zhuǎn)矩密度永磁推進電機拓撲結(jié)構(gòu)、損耗抑制、低諧波電流控制方法等關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究，掌握高轉(zhuǎn)矩密度調(diào)磁型永磁容錯推進電機系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。深入分析推進電機特征參數(shù)、開關(guān)頻率等因素對電流諧波影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上研究基于電流前饋、電壓補償和環(huán)路優(yōu)化方法的諧波抑制控制技術(shù)，構(gòu)建地面實驗平臺并進行實驗驗證，為發(fā)展新一代高轉(zhuǎn)矩密度飛機電推進系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。學(xué)生要求：（1）已修（或自學(xué)）航空電機學(xué)、電力電子、自動控制原理，團隊中的組成成員有一定軟硬件及仿真基礎(chǔ)。（2）鼓勵高年級學(xué)生和低年級學(xué)生聯(lián)合組隊，隊內(nèi)共同學(xué)習(xí)、分工協(xié)作。（3）團隊成員以大二、大三學(xué)生為主（大一也可參與）課題2指導(dǎo)教師：張卓然項目名稱：航空三級式起動發(fā)電機起動過程損耗及焦耳熱分布特性研究項目來源：國防預(yù)先研究項目項目簡介：三級式無刷同步電機是航空電源系統(tǒng)的主要型式，包括主電機、勵磁機、旋轉(zhuǎn)整流器和永磁勵磁機，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)電技術(shù)成熟。起動時，三級式無刷同步電機需要勵磁機和主電機同時參與。為滿足航空發(fā)動機的起動需要，三級式無刷同步電機起動時通常處于強過載狀態(tài)，勵磁機、主電機定子和轉(zhuǎn)子的銅耗、鐵耗以及旋轉(zhuǎn)整流器的損耗分布復(fù)雜，部件耐溫等級不一。另一方面，三級式無刷同步電機的冷卻散熱按照長期發(fā)電工況考核，對于未達到額定散熱條件的起動工況來說，無疑對主電機、勵磁機和旋轉(zhuǎn)整流器提出了更高的耐熱要求。本文利用有限元仿真分析方法，獲得航空三級式起動發(fā)電機起動過程中的關(guān)鍵部件的損耗特性及焦耳熱分布規(guī)律，為航空三級式起動發(fā)電機的起動發(fā)電一體化設(shè)計及工程化提供重要的參考價值。學(xué)生要求：（1）已修（或自學(xué)）電力電子、電機與電器、航空電機學(xué)，團隊中的組成成員有一定有限元電磁軟件基礎(chǔ)。（2）鼓勵高年級學(xué)生和低年級學(xué)生聯(lián)合組隊，隊內(nèi)共同學(xué)習(xí)、分工協(xié)作。（3）團隊成員以大二、大三學(xué)生為主（大一也可參與）課題3指導(dǎo)教師：張卓然項目名稱：航空電勵磁雙凸極電機高頻銅損抑制技術(shù)研究項目來源：國家自然科學(xué)基金重點項目項目簡介：高速大功率高可靠性發(fā)電機是航空電氣化的重要需求。電勵磁雙凸極電機具有磁阻類電機高速運行與容錯運行能力強的優(yōu)勢，其采用直流勵磁實現(xiàn)靈活的電壓控制，發(fā)電可靠性高，電勵磁雙凸極適合高速發(fā)電運行，在飛機高壓直流供電系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用價值。電勵磁雙凸極電機在高速運行時繞組電流的基波頻率高，在發(fā)電運行非線性整流單元的影響下，同時存在去磁與增磁電樞反應(yīng)，繞組電流諧波含量大，增加繞組的高頻交流損耗。繞組高頻交流銅損一方面降低電機的效率，另一方面給電機的散熱帶來挑戰(zhàn)，威脅電勵磁雙凸極電機的安全穩(wěn)定運行。因此電勵磁雙凸極電機的高頻銅損抑制技術(shù)研究對其在航空電源系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要的意義。學(xué)生要求：（1）已修（或自學(xué)）電路、電機學(xué)、電力電子以及自動控制原理等課程。（2）鼓勵高年級學(xué)生和低年級學(xué)生聯(lián)合組隊，隊內(nèi)共同學(xué)習(xí)、分工協(xié)作。（3）團隊成員以大二、大三學(xué)生為主。課題4指導(dǎo)教師：姜文穎項目名稱：多電/全電飛機電驅(qū)動系統(tǒng)的分析、設(shè)計及優(yōu)化方法研究項目來源：企業(yè)合作項目項目簡介：逆變器、電機及控制器組成的電驅(qū)動系統(tǒng)是多電/全電飛機的重要驅(qū)動力來源。由于飛機對自身體積、重量的苛刻要求，高功率密度、高效率成為了未來多電、全電飛機電驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展的主要目標(biāo)。探索集成型電機驅(qū)動器的分析、設(shè)計及優(yōu)化方法，對于改善多電/全電飛機電驅(qū)動系統(tǒng)的各項性能具有重要的理論和實踐意義。雖然在獨立的電機和驅(qū)動控制器研究方面已有大量的成果，但針對多電/全電飛機電機及其驅(qū)動控制器的集成一體化研究還處于初期階段，缺乏能夠快速、準確分析多電/全電飛機電驅(qū)動系統(tǒng)性能的模型，以及能夠反映其運行性能的評價標(biāo)準和評價方法。對多電/全電飛機集成型電機驅(qū)動器的優(yōu)化，雖然可以借鑒電機優(yōu)化設(shè)計的一些方法，但在標(biāo)準化、平臺化的優(yōu)化設(shè)計方法研究上仍是空白。本項目結(jié)合對多電/全電飛機應(yīng)用的理解，研究電機及其驅(qū)動控制器聯(lián)合的系統(tǒng)性能的分析方法，探索集成型電機驅(qū)動器的評價標(biāo)準及評價方法。在此基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)學(xué)優(yōu)化理論，深入研究滿足多電/全電飛機全工況運行需求的集成型電機驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)化設(shè)計流程，為發(fā)展多電/全電飛機集成型電機驅(qū)動器分析、設(shè)計及優(yōu)化方法提供基礎(chǔ)理論支撐和技術(shù)儲備。學(xué)生要求：（1）已修（或自學(xué)）電路、模電、數(shù)電、電機學(xué)、自動控制原理、電機拖動、電力電子技術(shù)等相關(guān)課程，團隊中的組成成員有一定軟硬件及仿真基礎(chǔ)。（2）鼓勵高年級學(xué)生和低年級學(xué)生聯(lián)合組隊，隊內(nèi)共同學(xué)習(xí)、分工協(xié)作。（3）團隊成員以大二、大三學(xué)生為主（大一也可參與）課題5指導(dǎo)教師：邵凌云項目名稱：考慮飛機飛行工況的永磁推進電機優(yōu)化設(shè)計項目來源：國家自然科學(xué)基金重點項目項目簡介：21世紀以來，電能逐漸取代液壓和氣壓能，實現(xiàn)大部分機載設(shè)備和操縱系統(tǒng)的電驅(qū)動。電推進飛機進一步將電能用于飛行動力源，有望突破傳統(tǒng)飛機發(fā)動機能量轉(zhuǎn)換效率極限，改善飛機飛行性能和燃油消耗水平，是飛機推進能源和動力系統(tǒng)電氣化的重要革新。作為飛機電推進系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件，推進電機的功率、重量、效率等對飛機的飛行性能和續(xù)航里程有直接影響。由于推進電機在不同的飛行階段具有不同的功率-轉(zhuǎn)速需求，特別是對于短程飛機用推進電機，其功率–轉(zhuǎn)速運行點比較分散，優(yōu)化設(shè)計需要考慮完整的電機運行工況，以實現(xiàn)飛機完整飛行任務(wù)下的效率最優(yōu)。本項目針對飛機電推進用永磁同步電機，開展考慮飛機飛行工況的推進電機優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)推進電機能量效率優(yōu)化。學(xué)生要求：（1）已修電機學(xué)課程，團隊中的組成成員有一定Matlab/ANSYSMaxwell軟件使用基礎(chǔ)。（2）鼓勵高年級學(xué)生和低年級學(xué)生聯(lián)合組隊，隊內(nèi)共同學(xué)習(xí)、分工協(xié)作。（3）團隊成員以大二、大三學(xué)生為主（大一也可參與）。課題6指導(dǎo)教師：邵凌云項目名稱：基于諧波電流注入的多相永磁電機轉(zhuǎn)矩提升研究項目來源：國家自然科學(xué)基金重點項目項目簡介：推進電機是飛機電推進系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件，其轉(zhuǎn)矩、重量、效率、可靠性等對飛機的飛行安全性、動力性能和續(xù)航里程有直接影響。在永磁電機的基礎(chǔ)上采用多相繞組不僅能夠保持永磁電機的轉(zhuǎn)矩密度和效率優(yōu)勢，而且能夠增加電機冗余度和容錯能力，并且為電機轉(zhuǎn)矩的進一步提升提供了一種有效途徑。本項目針對多相永磁電機，開展基于諧波電流注入的轉(zhuǎn)矩提升方法研究，通過推導(dǎo)諧波電流與電機轉(zhuǎn)矩出力之間的關(guān)系，分析相應(yīng)次數(shù)諧波電流對相應(yīng)多相繞組電機轉(zhuǎn)矩提升的機理，建立仿真模型進行驗證。學(xué)生要求：（1）已修電機學(xué)課程，團隊中的組成成員有一定Matlab/ANSYSMaxwell軟件使用基礎(chǔ)。（2）鼓勵高年級學(xué)生和低年級學(xué)生聯(lián)合組隊，隊內(nèi)共同學(xué)習(xí)、分工協(xié)作。（3）團隊成員以大二、大三學(xué)生為主（大一也可參與）。課題7指導(dǎo)教師：于立項目名稱：雙三相高速雙凸極無刷發(fā)電系統(tǒng)多脈沖整流模態(tài)與發(fā)電特性研究項目來源：國防重點基礎(chǔ)研究項目項目簡介：雙凸極電機具有結(jié)構(gòu)簡單可靠的優(yōu)勢，在航空高壓直流供電系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用價值，并列結(jié)構(gòu)雙三相雙凸極發(fā)電系統(tǒng)能夠降低輸出電壓脈動、提升高速容錯運行能力。然而，多種形式整流拓撲與繞組形式對其多脈沖整流模態(tài)與發(fā)電特性帶來顯著影響，同時其短路/開路故障狀態(tài)下的高速運行能力需要深入研究，以獲得雙三相雙凸極發(fā)電系統(tǒng)整流形式對其發(fā)電運行特性的作用規(guī)律與內(nèi)在機理，為更提升高速雙凸極發(fā)電系統(tǒng)的供電品質(zhì)提供基礎(chǔ)。本項目圍繞雙三相高速雙凸極發(fā)電系統(tǒng)，對其多脈沖整流模態(tài)進行研究，探索整流單元與繞組故障下的發(fā)電運行特性，獲得優(yōu)化的多相整流高速雙凸極發(fā)電系統(tǒng)，提升其功率密度與安全運行能力。學(xué)生要求：（1）已修（或自學(xué)）電機學(xué)、電路等相關(guān)課程，了解二極管整流電路工作原理，提前了解磁阻電機工作原理為佳。（2）鼓勵高年級學(xué)生和低年級學(xué)生聯(lián)合組隊，隊內(nèi)共同學(xué)習(xí)、分工協(xié)作。（3）團隊成員以大二、大三學(xué)生為主。課題8指導(dǎo)教師：于立項目名稱：無軸承電勵磁雙凸極電機懸浮控制技術(shù)研究項目來源：國家自然科學(xué)基金項目項目簡介：適合高速運行，無軸承電勵磁雙凸極電機繼承了雙凸極電機結(jié)構(gòu)堅固可靠的突出優(yōu)勢，同時控制定子與轉(zhuǎn)子間的徑向電磁力，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮運行，能夠消除機械軸承，提升了高速電機系統(tǒng)可靠性與環(huán)境適應(yīng)性。無軸承電勵磁雙凸極電機由于其雙邊凸極結(jié)構(gòu)以及鐵心局部飽和因素，使得X與Y方向懸浮力存在交叉耦合，影響了懸浮力控制性能。本項目聚焦無軸承電勵磁雙凸極電機懸浮力交叉耦合問題，研究懸浮力產(chǎn)生原理與交叉耦合機理，分析不同旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型與懸浮力解耦方法，為提高懸浮性能奠定基礎(chǔ)。學(xué)生要求：（1）已修（或自學(xué)）電機學(xué)、電路、自動控制原理、電力電子技術(shù)等相關(guān)課程，團隊中的組成成員有一定的matlab仿真基礎(chǔ)與硬件基礎(chǔ)。（2）鼓勵高年級學(xué)生和低年級學(xué)生聯(lián)合組隊，隊內(nèi)共同學(xué)習(xí)、分工協(xié)作。（3）團隊成員以大二、大三學(xué)生為主。三、報名組隊事宜感興趣的同學(xué)請?zhí)顚憟竺恚ㄒ姼郊?），于1月15日之前發(fā)送至apsc-zzr@（張老師）。之后會開展對接選拔工作