航空油電混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

能源分配子系統(tǒng)集成于機(jī)載綜合電源內(nèi)部，主要由交流/直流變換器、控制

器以及開(kāi)關(guān)組成。交流/直流實(shí)現(xiàn)將發(fā)電機(jī)的交流電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可用的直流電

壓?？刂破魍ㄟ^(guò)測(cè)量系統(tǒng)輸入和輸出功率，由開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)進(jìn)行能量分配，實(shí)現(xiàn)

發(fā)電機(jī)單獨(dú)供電或與動(dòng)力電池一起聯(lián)合供電。

電推進(jìn)子系統(tǒng)由接口控制單元、控制面板和主要?jiǎng)恿δK組成。根據(jù)飛機(jī)的

動(dòng)力需求指令，控制電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)和發(fā)電機(jī)與動(dòng)力電池的組合模式?？刂泼姘迥?/p>

塊油門(mén)桿用來(lái)向接口控制單元傳輸控制指令，啟動(dòng)和關(guān)機(jī)為帶鑰匙的按鈕，由飛

行員操作。選用軸向磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)，連續(xù)工作功率為40?75kW。為了加

強(qiáng)電動(dòng)機(jī)散熱，設(shè)計(jì)了導(dǎo)流冷卻通道和高效冷卻風(fēng)扇。針對(duì)電動(dòng)機(jī)控制器散熱難

題，開(kāi)展了控制器散熱優(yōu)化設(shè)計(jì)。

為了配裝混合動(dòng)力系統(tǒng)，對(duì)SA60L飛機(jī)進(jìn)行了適應(yīng)性改裝。發(fā)電子系統(tǒng)沿用

原燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝形式，通過(guò)1個(gè)后支架和2個(gè)前撐桿固定在飛機(jī)動(dòng)力艙

承力框架上。電推進(jìn)子系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)直驅(qū)螺旋槳形式，電動(dòng)機(jī)與螺旋槳之'可通

過(guò)螺旋槳轉(zhuǎn)接段連接。螺旋槳拉力通過(guò)螺旋槳轉(zhuǎn)接段、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)安裝架傳

遞到飛機(jī)動(dòng)力艙承力框架上。動(dòng)力電池組、機(jī)載綜合電源和其他部件根據(jù)飛機(jī)配

平要求，靈活布置到飛機(jī)相應(yīng)部位。

混合動(dòng)力系統(tǒng)在動(dòng)力艙安裝示意圖

80kW級(jí)混合動(dòng)力系統(tǒng)裝機(jī)示意圖

主要工作模式與性能參數(shù)

混合動(dòng)力系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)電子系統(tǒng)在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下輸出540V高

壓直流電，供給直流母線。儲(chǔ)能子系統(tǒng)在飛機(jī)需要較大推進(jìn)功率時(shí)（如起飛爬升

階段）提供額外功率，在飛機(jī)巡航階段吸收發(fā)電子系統(tǒng)多余的功率，起到功率調(diào)

配的作用，使作為源動(dòng)力的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在最佳狀態(tài)。能源分配子系

統(tǒng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)需求功率和發(fā)電機(jī)輸出功率動(dòng)態(tài)調(diào)整動(dòng)力電池輸出功率或充電功

率，以維持母線電壓稔定。根據(jù)飛行平臺(tái)需求，混合動(dòng)力系統(tǒng)共設(shè)置起飛、巡航

和應(yīng)急等3種工作模式。

在起飛模式時(shí)，電推進(jìn)子系統(tǒng)在能源分配子系統(tǒng)調(diào)控下，同時(shí)從動(dòng)力電池和

發(fā)電子系統(tǒng)提取電功率，驅(qū)動(dòng)螺旋槳為飛機(jī)提供前飛拉力。

在巡航模式時(shí)，動(dòng)力電池處于充電狀態(tài)，電推進(jìn)子系統(tǒng)從發(fā)電子系統(tǒng)提取所

需的功率滿(mǎn)足飛機(jī)巡航需求，儲(chǔ)能子系統(tǒng)從發(fā)電子系統(tǒng)提取充電功率，能源分配

子系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力電池電量對(duì)充電功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

在應(yīng)急模式時(shí)，能源分配子系統(tǒng)自動(dòng)從動(dòng)力電池提取電功率給電推進(jìn)子系統(tǒng),

滿(mǎn)足飛行平臺(tái)失去發(fā)電功率時(shí)的應(yīng)急著陸需要，保證飛行安全。

混合動(dòng)力系統(tǒng)主要性能參數(shù)滿(mǎn)足飛行平臺(tái)使用需求，5min最大起飛功率

>80kW,巡航功率N50kW,最大使用高度為4000m,應(yīng)急著陸功率“OkW。

集成驗(yàn)證

在子系統(tǒng)地面試驗(yàn)中，完成了發(fā)電子系統(tǒng)試驗(yàn)，對(duì)發(fā)電子系統(tǒng)的功能和性能

進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng)功能正常'、完整，發(fā)動(dòng)機(jī)本體未出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)、超

溫等異?，F(xiàn)象。電推進(jìn)子系統(tǒng)試驗(yàn)包括電動(dòng)機(jī)空教試驗(yàn)和帶槳試驗(yàn)，驗(yàn)證了電動(dòng)

機(jī)工作的性能和可靠性，試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求。

電推進(jìn)子系統(tǒng)帶槳試驗(yàn)

為了完成混合動(dòng)力系統(tǒng)整機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，全新搭建了地面移動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)

的功能、性能進(jìn)行了調(diào)試及驗(yàn)證，系統(tǒng)各項(xiàng)功能完整，起飛狀態(tài)電動(dòng)機(jī)輸出功率

達(dá)到70kW,螺旋槳轉(zhuǎn)速滿(mǎn)足飛機(jī)要求，試驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)、異響、煙

霧或排氣火焰異常、超轉(zhuǎn)、超溫、滑油低壓差警告等異常狀況。

混合動(dòng)力系統(tǒng)地面性能試驗(yàn)

配裝SA60L飛機(jī)在地面進(jìn)行了10h持久驗(yàn)證求驗(yàn)，對(duì)飛行載荷譜和地面滑跑

譜進(jìn)行了摸底；完成了電源故障試驗(yàn)，系統(tǒng)在斷開(kāi)交流發(fā)電機(jī)電源后能自動(dòng)切換

到動(dòng)力電池供電，螺旋槳轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。

配裝混合動(dòng)力系統(tǒng)的SA6OLS機(jī)

2022年3月，混合動(dòng)力系統(tǒng)配裝SA60L飛機(jī)完成首飛，在真實(shí)飛行條件下

驗(yàn)證了混合動(dòng)力系統(tǒng)的集成關(guān)鍵技術(shù)，確認(rèn)了該汨電混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局靈活、

動(dòng)力響應(yīng)迅速、功率分配智能、安全裕度高的突出優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)更大功率混合動(dòng)

力系統(tǒng)的研制和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了借鑒。

200~300kW級(jí)混合動(dòng)力系統(tǒng)

中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所以城市空中交通、城際無(wú)人機(jī)貨運(yùn)以及電動(dòng)通用航空動(dòng)力需

求為牽引，針對(duì)飛行平臺(tái)對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)高適應(yīng)性、高安全性和高拓展性的發(fā)展

需求，在自主研制的200?300kW級(jí)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，開(kāi)展了200?300kW級(jí)

混合動(dòng)力系統(tǒng)集成演示驗(yàn)證研究，計(jì)劃2025年配裝1.5t級(jí)油電混合動(dòng)力復(fù)合翼

垂直起降無(wú)人機(jī)完成飛行演示驗(yàn)證。

200?300kW級(jí)油電混合動(dòng)力系統(tǒng)

兆瓦級(jí)混合動(dòng)力系統(tǒng)

針對(duì)大型電動(dòng)垂直起降飛行器、電動(dòng)通勤飛機(jī)和小型支線飛機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)景，

中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所基于AES100民用渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)分別開(kāi)展了1MW級(jí)串聯(lián)架構(gòu)和

2MW級(jí)并聯(lián)架構(gòu)混合動(dòng)力系統(tǒng)研制，計(jì)劃于2025年完成混合動(dòng)力系統(tǒng)地面驗(yàn)證,

后續(xù)視飛行平臺(tái)需求開(kāi)展飛行驗(yàn)證和工程研制。

兆瓦級(jí)油電混合動(dòng)力系統(tǒng)

結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)低空空域管理改革不斷深化，通月航空基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，各級(jí)

政府和各類(lèi)市場(chǎng)主體紛紛投身通用航空產(chǎn)業(yè)，通用航空領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的內(nèi)生動(dòng)

力，除傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)外，城市空中交通、無(wú)人貨運(yùn)等應(yīng)用場(chǎng)景需求不斷得到激發(fā),

大大激發(fā)了混合