通用飞机油电混合动力系统设计与陆上性能仿真

本文在某型通用飞机的基础上设计了一个油电混合动力系统，并用MATLAB软件模拟验证该系统的实用性及优越性。根据运动学公式，使用MATLAB软件编程分别对原型机和该混合动力系统飞机的起飞距离、陆上行驶能量消耗、陆上行驶路程等性能进行模拟分析。结果表明，使用该动力系统的油电混合动力飞机，在上述各项性能中均优于原型机。

目前，活塞式航空发动机技术已趋于成熟，在环境和能源问题上很在再取得较大的改进[1]。而电动飞机却恰恰相反，具有环保的油电，但是由于电池技术发展缓慢，能量密度不高，很慢满足飞机队动力系统功重比的要求，因此还不能大规模应用。由于在汽车行业[2]，混合动力汽车在一方面融合了传统汽车成熟的技术和现有的工业基础，另一方面融合了电动汽车低油耗和低排放的特点，有效降低污染，并能节省燃油消耗，达到改善环境和节约能源的目的。所以，以电机作为辅助动力，活塞式发动机作为主动力源的混合动力飞机出现了。

2. 油电混合动力系统设计 该飞机动力装置为一台100 hp 的Rotax 公司生产的912ULS 四冲程活塞发动机。本设计就是研究一个适合的油电混合动力系统，取代912ULS 发动机，从而达到节能减排的目的。本次设计的混合动力系统框架图如图1 所示，主要部件为发动机、蓄电池、电动机、离合器以及螺旋桨。电动机和车轮相连， 发动机和螺旋桨相连。电机可作为单独动力驱动车轮行进。

3. 发动机、电机和电池的选择 3.1. 发动机的选择 在本文设计的混合动力系统中， 活塞发动机依然是主动力源， 发动机的选择需要考虑多方面的因素。

其中最重要的是能够单独提供飞机巡航所需要的功率，且所选择的活塞发动机质量要求尽可能小。飞机平飞时的发动机功率计算公式[3]： minpfengG VPKη⋅=⋅， (1) 式中，η 为螺旋桨效率，K 为最大升阻比， ,minpfV为最小平飞速度。计算得所需最小功率为31.79 Hp，则本文所选的发动机的功率需大于31.79 Hp。

对比各种现有发动机性能、质量与应用环境， 最终选择81 Hp的ROTAX912-A 发动机。

3.2. 电机的选择 电机在滑跑起飞阶段时提供辅助动力，功率则需满足： emoPPP+≥阻 (2)