四座氢燃料飞机混合电推进系统设计与优化

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航空工业正处于发展的十字路口,面对其对气候变化和环境影响的巨大压力,航空业着力从两方面做出回应,一方面继续改进现有技术,另一方面开始致力于绿色、环保和可持续技术的开发,从而达到绿色航空[1]。绿色航空的主要目标是实现碳排放的减少,寻找新的航空能源是实现这一目标的关键,类比于汽车行业,飞机电动化是未来发展的必然趋势。然而针对目前电池能量密度较低问题,从传统动力航空直接过渡为电动化航空较为困难,因此发展混合电推进技术是当下最具研究价值的方向之一。现有混合电推进技术多为传统动力系统和电推进系统混合,通过发动机和电动机协同工作,为飞机提供飞行能量,而对于燃料电池和锂电池混合,构成的纯电动混合电推进系统研究较少。基于这个问题,本文针对某四座电动飞机设计了一套氢燃料电池——锂电池混合电推进系统,并对混合电推进系统部件选型和参数匹配过程,制定了一套与之对应的技术路线。利用MATLAB软件,对飞机几种主要工作状态进行了模拟分析,验证了该混合电推进系统的优越性,并通过飞机航时长短作为评判依据,确定了两电池组最优混合度。结果表明,采用混合电推进系统后,飞行总体飞行性能提升明显:飞机起飞滑跑距离缩短36%、起飞时间减少27%、飞机的最大爬升率增加10%以上、飞机的最大巡航时间和巡航距离提升为原型机的两倍左右。进一步增强了该电动飞机在城际交通、公务飞行、旅游观光、空中摄影和航空测绘等领域的竞争能力。
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