TAOPA 0061-2024 電動(dòng)航空器電推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力電機(jī)技術(shù)規(guī)范

ICS49.060CCSV40

團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/AOPA0061—2024電動(dòng)航空器電推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力電機(jī)技術(shù)規(guī)范Technicalspecificationforpropulsionmotorofelectricaircraftpropulsionsystem2024-06-06發(fā)布 2024-06-06實(shí)施中國(guó)航空器擁有者及駕駛員協(xié)會(huì) 發(fā)布T/AOPA0061-2024T/AOPA0061-2024目 次前言 II引言 III范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語(yǔ)和定義 1電機(jī)通用要求 2安全性水平 2外觀與標(biāo)識(shí) 2安裝和結(jié)構(gòu) 2材料和制造 3電機(jī)性能要求 3一般要求 3電氣安全 3機(jī)械安全 4熱安全 6電機(jī)響應(yīng)特性 8輸入輸出性能 8環(huán)境適應(yīng)性 9特性測(cè)試 9參考文獻(xiàn) 11I前 言本文件按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的定起草。本文件由中國(guó)航空器擁有者及駕駛員協(xié)會(huì)（中國(guó)AOPA）提出并歸口。本文件起草單位：中國(guó)民航大學(xué)、天津內(nèi)燃機(jī)研究所、臥龍電氣驅(qū)動(dòng)集團(tuán)股份有限公司、上海II引 言電動(dòng)航空器電推進(jìn)系統(tǒng)采用高可靠性、高轉(zhuǎn)矩/功率密度、高效率的電機(jī)作為動(dòng)力來源，直接或間接驅(qū)動(dòng)螺旋槳、涵道式風(fēng)扇等裝置，為航空器提供或產(chǎn)生推力/升力，改善航空器飛行性能的同時(shí)降低V，功率不超過200kW。本文件為首次發(fā)布。III電動(dòng)航空器電推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力電機(jī)技術(shù)規(guī)范范圍本文件規(guī)定了電動(dòng)航空器電推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)力電機(jī)的通用要求和性能要求。本文件適用的動(dòng)力電機(jī)所應(yīng)用的電推進(jìn)系統(tǒng)的直流母線電壓不超過1500kW。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T755 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)定額和性能GB/T1971 旋轉(zhuǎn)電機(jī)線端標(biāo)志與旋轉(zhuǎn)方向GB2894 安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則GB/T2900.25 電工術(shù)語(yǔ)旋轉(zhuǎn)電GB/T14711 中小型旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)通用安全要求GB/T18488.1 1部分：技術(shù)條件GB/T25123.4 4HB8412 民用飛機(jī)系統(tǒng)電搭接通用要求RTCA/DO-160G 機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和試驗(yàn)程序（EnvironmentalConditionsandTestProceduresforAirborneEquipment）術(shù)語(yǔ)和定義GB/T2900.25界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。動(dòng)力電機(jī) PropulsionMotor將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，為電動(dòng)航空器提供動(dòng)力，且輸出參數(shù)如角位移、速度、加速度或轉(zhuǎn)矩是可控的裝置，簡(jiǎn)稱為電機(jī)。額定功率 RatedPower額定起飛功率 RatedTakeoffPower或峰值功率51應(yīng)急額定值 TemporaryRatedValue在故障導(dǎo)致螺旋槳、變速器等電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出部件出現(xiàn)功率或推力損失時(shí)，要求電機(jī)應(yīng)急輸出的用于補(bǔ)償功率或者推力損失的額定功率或者轉(zhuǎn)矩值。電機(jī)通用要求安全性水平外觀與標(biāo)識(shí)外觀標(biāo)識(shí)電機(jī)應(yīng)設(shè)置清晰可辨的標(biāo)識(shí)，需滿足以下要求。a）標(biāo)識(shí)應(yīng)包括以下內(nèi)容：制造人的名稱和地址；電機(jī)的名稱、型號(hào)（GB/T18488.1A）、件號(hào)或者型別代號(hào)；電機(jī)的序列號(hào)或者制造日期；電機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)：額定電壓、額定輸出轉(zhuǎn)矩、額定輸出功率、額定轉(zhuǎn)速、額定電流、如果使用單方向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，應(yīng)有永久清晰的可表明旋轉(zhuǎn)方向的箭頭標(biāo)識(shí)。c）所有容易拆卸（無需手持工具）的部件；可與其他電機(jī)組件互換的零件和組件；開展適航審定的關(guān)鍵件。引出線和接線端電機(jī)各動(dòng)力線或接線端應(yīng)有明顯的標(biāo)識(shí)。電機(jī)各相動(dòng)力線或接線端的標(biāo)識(shí)應(yīng)符合GB/T1971的規(guī)定；電機(jī)與電機(jī)控制器各相對(duì)應(yīng)的動(dòng)力線或接線端標(biāo)識(shí)，應(yīng)與電機(jī)各相動(dòng)力線或接線端的標(biāo)識(shí)順序一致。危險(xiǎn)警告制造商應(yīng)針對(duì)如下情況設(shè)置危險(xiǎn)警告，包括但不限于：GB2894高壓、高溫、高速部件也應(yīng)有明顯標(biāo)識(shí)防止安全事故。安裝和結(jié)構(gòu)2電機(jī)的安裝和結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠承受下列載荷：限制載荷，不會(huì)妨礙航空器的安全運(yùn)行或者出現(xiàn)有害的永久變形；b）材料和制造電機(jī)的材料和制造應(yīng)滿足以下要求。a）電機(jī)使用的材料應(yīng)：電機(jī)性能要求一般要求（電氣安全定子繞組冷態(tài)直流電阻（通常為絕緣電阻絕緣電阻的測(cè)試分為電機(jī)定子繞組對(duì)機(jī)殼的絕緣電阻和電機(jī)定子繞組對(duì)溫度傳感器的絕緣電阻。a）冷態(tài)絕緣電阻應(yīng)大于20MΩ；熱態(tài)絕緣電阻應(yīng)按照GB/T18488.15.2.7.1.2公式（1）計(jì)算，若按公式計(jì)算的絕緣電阻低于0.38MΩ時(shí)，則按0.38MΩ考核確定。電機(jī)定子繞組對(duì)溫度傳感器的絕緣電阻：固定于定子繞組中的溫度傳感器（PT100、PT1000、KTY等）對(duì)電機(jī)繞組的絕緣電阻應(yīng)大于20MΩ；溫度傳感器對(duì)定子繞組的熱態(tài)絕緣電阻應(yīng)大于0.38MΩ。耐電壓電機(jī)應(yīng)進(jìn)行耐電壓試驗(yàn)，進(jìn)行耐電壓試驗(yàn)前，應(yīng)先按要求測(cè)定絕緣電阻：11mi（1min11規(guī)定的12%，應(yīng)無擊穿現(xiàn)象，漏電流限值應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)文件規(guī)定；3表1 耐電壓限值（單位：V）序號(hào)電機(jī)或部件試驗(yàn)電壓（有效值）11kW100V電機(jī)的電樞繞組500V+2倍最高工作電壓2持續(xù)功率不低于1kW或最高工作電壓不低于100V的電機(jī)的電樞繞組1000V+2倍最高工作電壓，最低為1500V3電機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)繞組1000V+2倍最高勵(lì)磁電壓，最低為1500V注：如果采用直流電壓進(jìn)行耐電壓測(cè)試，試驗(yàn)電壓應(yīng)為工頻耐壓試驗(yàn)有效值的1.414倍。V的工頻耐電壓試驗(yàn)，無擊穿現(xiàn)象，漏電流不應(yīng)高于5mA；電機(jī)繞組的匝間沖擊耐電壓：電機(jī)繞組匝間耐壓試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)電壓的峰值應(yīng)滿足：（有刷直流電機(jī)的電樞除外應(yīng)不低于1.7（有刷直流電機(jī)的電樞除外電機(jī)繞組匝間耐壓試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)電壓的波前時(shí)間宜為0.2μs（μs）和1.2μs（μs）優(yōu)先推薦0.2μs。安全接地HB84122.5mΩ，接地點(diǎn)應(yīng)有明顯的接地標(biāo)識(shí)。若無特定的接地點(diǎn)，應(yīng)在有代表性的位置設(shè)置接地標(biāo)識(shí)。電應(yīng)力電機(jī)的結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用環(huán)境要求下，應(yīng)使電氣間隙和爬電距離足夠承受電機(jī)可能產(chǎn)生的電應(yīng)力。電氣間隙與爬電距離應(yīng)滿足GB/T14711機(jī)械安全機(jī)械應(yīng)力電機(jī)的機(jī)械應(yīng)力分析應(yīng)表明足夠的設(shè)計(jì)裕度，以防止不可接受的運(yùn)行特性和電推進(jìn)系統(tǒng)危害性后果，電機(jī)的最大應(yīng)力不應(yīng)超過材料的許用應(yīng)力：電機(jī)機(jī)殼上任何零部件的材料都應(yīng)能承受正常工作狀態(tài)時(shí)可能發(fā)生的機(jī)械應(yīng)力，不會(huì)因彎曲、蠕變、變形而導(dǎo)致發(fā)生著火和觸電危險(xiǎn)；機(jī)械應(yīng)力還應(yīng)考慮電機(jī)的疲勞性能以及振動(dòng)環(huán)境要求。4轉(zhuǎn)子完整性和超速總則轉(zhuǎn)子強(qiáng)度轉(zhuǎn)子，包括冷卻用的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子，其強(qiáng)度應(yīng)滿足以下要求：爆裂GB/T25123.4致電機(jī)的超速運(yùn)行時(shí)間無法持續(xù)超過5min，在這種情況下，若試驗(yàn)過程中已達(dá)到了GB/T25123.4最大超速條件5.3.2.3GB/T755a）（包括短時(shí)工作制的額定值相關(guān)的最大允許轉(zhuǎn)速的120%；b）（包括短時(shí)工作制的額定值相關(guān)的最大空載轉(zhuǎn)速的115%；c）（包括短時(shí)工作制的額定值負(fù)載損失5.3.2.4a）退磁同時(shí)又受到過大的外部轉(zhuǎn)矩（螺旋槳引起的空載超速）；b）電機(jī)外部的失效；c）組合失效，除非可以證明這些組合可能性極小。形變5.3.2.45.3.2.3中規(guī)定所需測(cè)試條件的方法來確定：轉(zhuǎn)子形變不應(yīng)導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生電推進(jìn)系統(tǒng)危害性后果；5在超速并持續(xù)運(yùn)行后，轉(zhuǎn)子不會(huì)出現(xiàn)裂紋或變形等妨礙持續(xù)安全運(yùn)行的情況；c）d）在規(guī)定的工況下（包括應(yīng)急工況），電機(jī)所受的不平衡力不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的失效。轉(zhuǎn)子鎖定轉(zhuǎn)子包容性軸承和潤(rùn)滑電機(jī)的軸承和潤(rùn)滑應(yīng)滿足以下要求。a）電機(jī)的軸承應(yīng)滿足：軸承應(yīng)保持有效潤(rùn)滑，防止軸承損害；電機(jī)均應(yīng)設(shè)置檢測(cè)軸承溫度的裝置，或通過試驗(yàn)結(jié)果表明軸承溫度處于安全運(yùn)行范圍內(nèi)；電機(jī)的潤(rùn)滑應(yīng)滿足：為防止損壞電機(jī)和設(shè)備，不允許潤(rùn)滑劑中存在污染物或者污染物以其它方式引入潤(rùn)滑系統(tǒng)，在規(guī)定的維修間隔內(nèi)，電機(jī)及其設(shè)備具有足夠的承受污染物的能力；熱安全溫升繞組溫升2限值內(nèi)，避免升溫導(dǎo)致的退磁、磁鋼脫落、繞組絕緣燒毀。表2 繞組溫升限值耐熱等級(jí)溫升限值/K130（B）80155（F）1056表2 繞組溫升限值（續(xù)）耐熱等級(jí)溫升限值/K180（H）130200（N）150220（R）170電機(jī)其他部分溫升電機(jī)其他部分應(yīng)按GB/T755電機(jī)鐵心等的溫升限值、測(cè)量方法和修正值按GB/T755GB/T755GB/T14711的規(guī)定。（軸承除外換向器或集電環(huán)的溫升或溫度應(yīng)不超過由電刷等級(jí)和換向器或集電環(huán)材質(zhì)組件在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)能承受的電流的溫升或溫度值。冷卻電機(jī)冷卻的設(shè)計(jì)和構(gòu)造應(yīng)使其能夠在預(yù)計(jì)運(yùn)行的所有飛行姿態(tài)和大氣條件下都能提供足夠的冷卻，且需滿足以下要求。如果冷卻部件要求安裝人員確保滿足溫度限制，這些限制應(yīng)在安裝手冊(cè)中規(guī)定。冷卻的失效在被發(fā)現(xiàn)之前不會(huì)導(dǎo)致電推進(jìn)系統(tǒng)危害性后果；其他現(xiàn)有的儀表對(duì)失效或即將發(fā)生的失效提供充分警告；冷卻發(fā)生失效的概率是極少發(fā)生的。GB/T18488.15.2.5的要求。防火電機(jī)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造及所使用的材料應(yīng)滿足以下要求：7（和安裝特性能夠在發(fā)生火電機(jī)響應(yīng)特性轉(zhuǎn)矩響應(yīng)在沒有故障的情況下，電機(jī)從零轉(zhuǎn)矩上升至最大轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)滿足聲明的時(shí)間要求。功率響應(yīng)功率響應(yīng)特性應(yīng)結(jié)合相應(yīng)的電機(jī)控制器完成，包括：1595轉(zhuǎn)速響應(yīng)輸入輸出性能總則工作制基于電機(jī)的預(yù)期用途，應(yīng)聲明確定一個(gè)或多個(gè)工作制，參考GB/T7554.2進(jìn)行定額。額定性能連續(xù)額定性能電機(jī)不受時(shí)間限制的輸出性能應(yīng)滿足產(chǎn)品技術(shù)文件規(guī)定，且電機(jī)溫升在表3（參考GB/T25123.4）允許范圍內(nèi)。達(dá)成連續(xù)額定性能的電機(jī)運(yùn)行環(huán)境條件應(yīng)予以注明。表3 電機(jī)溫升限制因素部件測(cè)量方法限制條件定子繞組電阻值定子溫升在絕緣系統(tǒng)溫度等級(jí)可承受范圍內(nèi)。永磁體熱電偶或其他方法永磁體溫升不應(yīng)導(dǎo)致磁性能發(fā)生不可逆損失。8表3 電機(jī)溫升限制因素（續(xù)）部件測(cè)量方法限制條件其他零部件熱電偶或其他方法劣化（溫升應(yīng)在安全運(yùn)行范圍內(nèi)。短時(shí)額定性能電機(jī)在規(guī)定時(shí)間限制內(nèi)的輸出性能應(yīng)滿足產(chǎn)品技術(shù)文件規(guī)定，且電機(jī)溫升在表3允許范圍內(nèi)。達(dá)成短時(shí)額定性能的電機(jī)運(yùn)行環(huán)境條件應(yīng)予以注明。運(yùn)行限制短時(shí)超限值應(yīng)確定電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的短時(shí)超限值（包括幅值和持續(xù)時(shí)間）：a）最大過轉(zhuǎn)矩和持續(xù)時(shí)間；短時(shí)最大超速及其持續(xù)時(shí)間；短時(shí)最大過轉(zhuǎn)矩、持續(xù)時(shí)間及其發(fā)生次數(shù)；應(yīng)急額定值和持續(xù)時(shí)間（如適用，與特定失效狀態(tài)相關(guān)）。電機(jī)性能輸出限制工作電壓范圍工作電壓范圍內(nèi)電機(jī)應(yīng)能輸出需要的額定性能并運(yùn)行至最高工作轉(zhuǎn)速。最高工作轉(zhuǎn)速電機(jī)最高工作轉(zhuǎn)速應(yīng)不低于產(chǎn)品技術(shù)文件規(guī)定，工作于該轉(zhuǎn)速下允許的額定性能應(yīng)滿足本文件5.6.3的規(guī)定，且無報(bào)警或異常。最大輸出轉(zhuǎn)矩電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)不低于產(chǎn)品技術(shù)文件規(guī)定，工作于最大轉(zhuǎn)矩輸出條件下應(yīng)滿足溫升限制要求，且無報(bào)警或異常。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩具有堵轉(zhuǎn)特性要求的電機(jī)應(yīng)滿足聲明的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，即轉(zhuǎn)子鎖定時(shí)，電機(jī)在堵轉(zhuǎn)條件下不產(chǎn)生故障。環(huán)境適應(yīng)性RTCADO-160G《機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和試驗(yàn)程序》，采用適用的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件和試RTCA/DO-160G4、5、6、7、8、10、12、13、14、20、21、22、23、24和26章的要求，包括溫度-高度、溫度變化、濕熱、振動(dòng)和沖擊、防水性、砂塵、霉菌、鹽霧、結(jié)冰、防火、電磁兼容試驗(yàn)。特性測(cè)試910參 考 文 獻(xiàn)[1]GB/T12350-2022 小功率電動(dòng)機(jī)的安全要求[2]GB/T18488.1-2015 1部分：技術(shù)條件[3]GB/T35714-2017 船舶推進(jìn)電動(dòng)機(jī)[4]GB/T39567-2020 多旋翼無人機(jī)用無刷伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范ASTMF2840-14 （StandardPracticeforDesignandManufactureofElectricPropulsionUnitsforLightSportAircraft）ASTMF3239-22a 飛機(jī)電推進(jìn)系統(tǒng)（AircraftElectricPropulsionSystems）ASTMF3338-21 通用航空飛機(jī)用電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（StandardSpecificationforDesignofElectricEnginesforGeneralAviationAircraft）EASASCE-19 電動(dòng)/混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)（Electric/HybridPropulsionSystem）FAA-2020-0894 專用條件：magni350和magni650型發(fā)動(dòng)機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)（SpecialConditions:magni350andmagni650ModelEngines;ElectricEngineAirworthinessStandards）FAA-2021-0638 適航標(biāo)準(zhǔn)：Joby航空公司JA