飞行器电气系统虚拟仿真
文/vlab    访问量：723   发布时间：2015-07-23

飞行器电气系统主要包括提供能量的发电系统、航空电机及其热管理系统等。本实验中心教师长期与中国商飞上海飞机设计研究院、中航工业航空电气有限责任公司等单位进行合作研究，在此过程中建立了航空电源系统虚拟仿真、航空电机虚拟仿真以及航空电气电子系统热管理虚拟仿真三个实验平台。

（1）航空电源系统虚拟仿真实验平台

航空电源系统包括发电、电能变换、配电、负载等多个单元及部件，部件本身特性及部件之间的相互影响均较为复杂。本中心教师利用在与中国商飞上海飞机设计研究院、中航工业航空电气有限责任公司等单位科研合作中开发研究平台，面向基础理论教学，开发了航空电源系统虚拟仿真实验平台。

① 实验平台架构

利用现有航空电源系统仿真支撑平台，结合多电飞机发展方向，构建航空宽变频交流电源系统、航空高压直流电源系统虚拟仿真设计平台。

② 实验项目及功能

本平台可为本科、研究生开设的虚拟仿真实验项目，主要服务于“航空航天供电系统”、“电力电子技术”、“航空电机学”、“航空静止变流器”等专业课程。

 航空电源系统虚拟仿真实验项目

③ 实验效果分析

由于实验条件所限，学生不可能对电源系统进行全面亲自操作实验。借助虚拟实验既可以作为真实实验的逼真演示，又是学生实验练习的良好环境。可以使学生直观全面理解航空电源系统原理及特性，为进一步探索研究新型宽变频航空交流电源系统、高压直流航空电源系统的理论与设计方法提供必要基础。另外，基于HTML实验程序，可以嵌入进网页中，通过浏览网页就可以远程控制测试系统，扩大了共享范围。

（2）航空电机虚拟仿真实验平台

航空电机为航空飞行器提供机械力和力矩，是作动系统的核心部件。本中心教师在航空电机技术研究方面处于国内领先水平，获得国家技术发明奖二等奖1项，国防科技进步奖二等奖和教育部自然技术发明奖二等奖各1项，在此基础上，面向实验教学开发了航空电机虚拟仿真实验平台。

① 实验平台架构

充分利用现有航空电机实验与虚拟仿真支撑平台，以尺寸方程和非线性等效磁网络模型为基础，结合场路耦合分析，构建了航空电机本体、发电运行、电动运行虚拟仿真设计平台。

② 实验项目及功能

本平台可为本科、研究生开设的虚拟仿真实验项目,主要服务于“航空电机学”、“航空电机设计”、“电机理论与方法”、“机电能量转换”等专业课程。

航空电机虚拟仿真实验项目

③ 实验效果分析

本平台结合航空电机本体虚拟仿真与设计平台、飞机发电系统仿真平台、电机驱动系统仿真平台，将航空电机学、电机设计理论方法、自动控制原理等多门课程学习基础内容与拓展应用于航空电机理论与方法中，从系统的角度，形象直观的展示了电机及其控制系统的稳定性、容错性、快速性的设计要求。通过以上虚拟仿真实验实现了较为完备的航空电机及其发电系统、电机驱动系统虚拟实验项目，很好地弥补了学生难以实地开展实践教学的困难。

（3）航空电气电子系统热管理虚拟仿真实验平台

电气电子产品热功耗会造成元器件结点温度的急剧升高，当元器件在很高温度下工作时，其失效率按指数关系增长。传统的热设计采用粗略估算，但对于多电飞机多电气电子装置共存时的热问题，无法准确的分析解决。本中心基于计算流体力学和热辐射理论建立了航空电气电子系统热管理虚拟仿真实验平台，满足了航空技术和实验教学两方面的需求。

① 平台架构及实验项目

在现有航空电气系统热仿真平台基础上，结合多电飞机的发展趋势，构建包括元器件级、板级和模块级、系统级和环境级的航空电气电子热设计虚拟仿真平台。

② 实验项目及功能

本平台可为本科、研究生开设以下虚拟仿真实验项目，主要服务于“航空电子设备热设计”、“电力电子装置热设计”、“电力电子技术”、“模拟电子技术”、“航空航天供电系统”等专业课程。

航空电力电子系统热仿真实验项目

③ 实验效果分析

本平台通过发热部件热传播虚拟仿真技术，全面分析航空电子系统的热传导、对流及热辐射，并据此进行自然冷却、强迫冷却及混合冷却下的航空电子设备散热系统设计。通过以上虚拟仿真实验，很好地弥补了学生在电气电子系统散热分析与设计方面的不足。