[发明专利]一种适用于电动飞机电推进系统的能效优化方法

说明书

本发明公开了一种适用于电动飞机电推进系统的能效优化方法，该方法以求解螺旋桨的最优桨矩角为目标，通过改变螺旋桨的桨矩角，使飞机完成一次飞行任务的系统效率最高，能耗最小。应用本发明提供的方法能够节省飞机完成一次飞行任务剖面飞机蓄电池的能量消耗；针对目前蓄电池能量密度不高的现状，增加电动飞机的续航时间，提升电动飞机的品质。

技术领域

本发明属于电动飞机控制技术领域，尤其涉及一种适用于电动飞机电推进 系统的能效优化方法。

背景技术

通用航空产业作为我国目前新兴起的一种民用航空事业，我国将大力推进 电动飞机、氢燃料电池飞机等新能源环保飞机的快速发展。

交通运输工具的电动化是国际技术前沿和发展趋势。电动化电推进系统具 有高效、节能环保、结构简单、可靠性高和使用维护方便等诸多优点，因此， 一个多世纪以来，电动化电推进系统的技术研究和产品研发工作持续发展。

电动飞机是指依靠电推进系统替代内燃机动力的新能源飞机，具有结构简 单、高效节能、环境友好、可靠性高、维护方便、经济性好、乘坐舒适、噪声 低、零排放等诸多优点，因此近年来成为世界航空界重点发展的机型之一。电 动飞机电推进系统是电动飞机的“心脏”，其性能的优劣直接决定着电动飞机 的性能。电动飞机电推进系统基本组成包括蓄电池、电动机、控制器、螺旋桨 及其辅助电气设备等。电动飞机的电推进系统与电动汽车电驱动系统有一定的 相似性，两者均面临着关键性能指标低、技术不成熟及重量过大等挑战和困难， 受目前蓄电池能量密度的制约，电动飞机为了增加续航时间，提高电推进系统 效率，减小飞机系统损耗是增加飞机续航时间的有效方式。而电动飞机为了减 小飞机电推进系统的体积和重量，使结构更加紧凑，普遍采用定桨距螺旋桨， 而定桨距螺旋桨的高效运行范围较窄，且其效率不能根据飞行工况自适应调节。 因此，定桨距螺旋桨电动飞机的电推进系统难以在整个飞行过程都一直保持高 效运行。

因此，针对电动飞机定桨距螺旋桨的高效运行范围窄，且其效率不能根据 飞机的不同飞行阶段自适应调节的问题，结合飞机特定的运行工况，提出一种 适用于电动飞机电推进系统能效优化的方法是人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种适用于电动飞机电推进系统的能效优化方法， 该方法以飞机完成一次飞行任务总能耗最小为目标，通过调节定桨距螺旋桨的 桨矩角，寻求飞机完成一次飞行任务的最小系统能耗，以此来提高飞机的续航 能力，增加飞机的续航时间。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种适用于电动飞机电推进系统的能效优化方法，该方法包括：

求解所述电动飞机电推进系统中螺旋桨的最优桨矩角；

依据所述最优桨矩角调整所述螺旋桨的桨矩角。

进一步地，所述对螺旋桨最优桨矩角的求解的具体方法为：首先建立飞机 完成一次飞行任务电推系统的能耗方程，以能耗方程为依据建立电推进系统优 化目标函数，依据所述电推进系统优化目标函数求得最优桨矩角。

进一步地，建立飞机完成一次飞行任务电推系统的能耗方程为：

式中：假设飞机在起飞和巡航过程中电推进系统输出功率需求分别是P_f和 P_c，飞机的起飞和巡航时间分别为t_f和t_c；电机和控制器在飞机起飞和巡航阶段 的效率相同，分别为η_mo和η_co，η_mo和η_co为常量；n_prf和n_prc分别为螺旋桨在起 飞和巡航阶段的转速；α_pr为螺旋桨的桨矩角；n_pr为螺旋桨的转速。

进一步地，所述电推进系统优化目标函数为：