高功率密度电机在风洞实验中的应用研析.pdfVIP

高功率密度电机在风洞实验中的应用研究 高功率密度电机在风洞实验中 的应用研究 惠增宏，竹朝霞 0072) (西北工业大学翼型研究中心西安71 摘要本文结合飞机带动力以及螺旋桨风洞实验技术要求，同时根据西北工业大学翼型研究 中心在研制高功率密度电机过程中的经验，探讨并解决了在电机设计和应用过程中的一些关 键技术问题：电机尺寸小、高功率密度、高效冷却装置、高品质供电电源以及能量回馈问题 等。 关键词高功率密度电机·风洞，变频调速，谐波干扰，《机妒力两螺旋桨实验 0引言 随着我国航空航天事业的飞速发展，为准确模拟飞机飞行过程中包括负拉力状态和风车 状态在内的各种状态，实现飞机全飞行状态的风洞模拟实验，对于功率大、尺寸小、转速高 的直接电驱动系统的需求也越来越迫切。2000年9月，西北工业大学翼型研究中心联合稀土 永磁电机及控制技术研究所，结合我国型号需求，开发出具有国际先进水平的螺旋桨及飞机 带动力实验用的高功率密度中频异步电动机，在开发过程中克服了很多困难，解决了一系列 关键性的技术难题。 1 飞机带动力及螺旋桨风洞实验的技术要求 螺旋桨在研制过程中，从选型到定型往往需要上千小时的实验。实验方法主要有两种： 即风洞模拟实验和飞机飞行实验。风洞实验可以模拟实物(飞机、螺旋桨)的复杂流动，提 供相应流动条件下的可靠气动性能数据，并且可以灵活、准确地改变实验条件，对螺旋桨的 气动特性和噪声等进行全面系统的测量。螺旋桨的风洞模拟实验与飞机飞行实验相比，前者 具有实验风险小、条件易控、数据准确、费用少等诸多优点，是目前螺旋桨实验和飞机带动 力实验的最主要手段之一。 但是，螺旋桨的风洞实验也有其固有的特点。首先，由于螺旋桨的滑流对螺旋桨飞机的 操纵性、稳定性及气动性能都有重大的影响，为了保持风洞实验时模型几何相似和动力相似 (即拉力系数T。，扭矩系数Q。，功率系数c，及雷诺数R。应满足r■=L，Q。=Q。， c。。=C。。和R。。=R。，式中的m代表模型，s代表实物)，所以要求电机的功率大、转速高； 其次，由于受到风洞实验段口径的限制，要满足风洞实验对阻塞度的要求，电机的尺寸(主 要是直径)又必须很小；再其次。在进行螺旋桨及飞机带动力实验时，为了减小电机对流场 全国空气动力测控技术交流会论文集 的干扰，要求电机嵌入模型中或整流罩内，导致电机在运转过程中产生的大量热量不能及时 散发出去，工作环境非常恶劣；最后，为了保证实验数据的准确性，要求电机在运转过程中 受的约束小，振动小。这些都是不同于普通异步电机的特别之处，在电机设计及应用过程中 应予以充分考虑。 2 电机设计及应用过程中的关键技术 电机主要参数之间的关系式由公式(i)确定： … 【lJ P 口pKNmKwlABJ 旦宴丛：—．—L一 式中： D．，——电枢内径(m)； ，。——电枢计算长度(m)； ，2——电机转速(rpm)；P+——电机计算功率(w)； 。。——极弧系数； K。——磁场波形系数； K。，——绕组系数； 爿——线负荷(A／m)； B。——气隙磁密(T)； k——常数。 由公式(1)可知，在电机直径、功率和转速一定的情况下，铁心愈长，电机的电磁负荷4口； 就越低。 根据要求，在螺旋桨及飞机带动力风洞实验时，电机的直径、功率和转速等参数受到严 格限制，所以在电机设计及应用过程中，主要有以下几点应予以特别关注。 2．1高功率密度 由于受到风洞安装条件的限制，所以对电机的外形尺寸要求特别严格(尤其是直径)。以 20kg，