一种航空串联混合电推进系统在线功率管理方法

本发明涉及一种在线功率管理方法，尤其涉及一种航空串联混合电推进系统在线功率管理方法。

背景技术：

1、为了降低航空业燃油消耗和污染物、噪声排放，提高航空推进系统性能，加快研发电推进飞机技术极为必要。受制于当前大容量储能系统和大功率电机的技术发展水平，面向未来大型飞机的全电推进系统还仍处于初步探索阶段。在相关技术成熟之前，混合电推进系统结合燃气涡轮发动机高能量密度及电机低污染等优点，具有广阔发展前景。

2、混合电推进系统的串联式架构中，发动机不直接提供动力，而是驱动发电机产生电能给电机供电，电机提供飞机的全部驱动力，电池可充放电提供辅助动力。发动机能够始终在最佳工况点附近稳定运转，效率高、排放性能好，鉴于串联式混合电推进系统的优点，国内外西门子公司，钻石公司，欧洲宇航防务公司，空客，大合和中国航发动研所等进行了多方面研究并取得了阶段性成果。

3、功率管理作为混合电推进系统的核心，通过分配发动机和储能系统的能量输出，使发动机始终工作在低油耗区域附近，达到提升续航里程的目的。一个高品质的管理策略可显著提升飞行器的燃油经济性，续航水平以及减少污染物排放等，亟需基于飞行器的功率需求，结合可变动力涡轮转速，对储能系统和发动机进行功率管理。而现有技术大多以最小油耗为优化目标，并且现有的在线功率管理方法没有结合可变动力涡轮转速进行优化。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种航空串联混合电推进系统在线功率管理方法，其以最大效率为优化目标，以电池期望功率和航空发动机动力涡轮转速为优化量，可显著提高航空串联混合电推进系统性能。

2、本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

3、一种航空串联混合电推进系统在线功率管理方法，所述航空串联混合电推进系统包括航空发动机、发电机、电池、电机、传动及推进器；以最大效率为优化目标，通过求解以下优化模型得到航空串联混合电推进系统在航程中各飞行任务段的电池期望功率和航空发动机动力涡轮转速np，i：

4、

5、pbat，need，min≤pbat，need，l≤pbat，need，max

6、np，min≤np，i≤np，max

7、socmin≤soci≤socmax

8、nh，i≤nh，max

9、t6，i≤t6，max

10、其中，pbat，need为电池期望功率，np为航空发动机动力涡轮转速，ψ为航空发动机效率，tf为飞行时间，soc为电池荷电状态，nh为航空发动机高压轴转速，t6为航空发动机涡轮前温度，m为航程中飞行任务段的总数，下标i为飞行任务段序号，下标max、min分别表示最大值、最小值。

11、优选地，使用自适应等效油耗最小(a-ecms)方法求解所述优化模型。

12、相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

13、本发明首次在航空串联混合电推进系统中引入效率作为评价指标，并结合可变动力涡轮转速进行系统功率管理方案的优化，能够提高航空发动机的效率，减少损失，得到确定航程下航空发动机与电池期望功率分配的最优方案，提升了航空串联混合电推进系统性能。

技术特征：

1.一种航空串联混合电推进系统在线功率管理方法，所述航空串联混合电推进系统包括航空发动机、发电机、电池、电机、传动及螺旋桨；其特征在于，以最大效率为优化目标，通过求解以下优化模型得到航空串联混合电推进系统在航程中各飞行任务段的电池期望功率和航空发动机动力涡轮转速np，i：

2.如权利要求1所述航空串联混合电推进系统在线功率管理方法，其特征在于，使用自适应等效油耗最小方法求解所述优化模型。

技术总结本发明公开了一种航空串联混合电推进系统在线功率管理方法。所述航空串联混合电推进系统包括航空发动机、发电机、电池、电机、传动及推进器，本发明方法首次在航空串联混合电推进系统中引入效率作为评价指标，并结合可变动力涡轮转速进行系统功率管理方案的优化。相比现有技术，本发明能够提高航空发动机的效率，减少损失，得到确定航程下航空发动机与电池期望功率分配的最优方案，提升混合电推进飞行器性能。技术研发人员：顾江威,汪勇,张海波受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29