上海交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (6): 867-876.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.425
• 新型电力系统与综合能源 • 上一篇
收稿日期:
2023-08-28
接受日期:
2023-12-11
出版日期:
2025-06-28
发布日期:
2025-07-04
通讯作者:
李然
E-mail:rl272@sjtu.edu.cn
作者简介:
李靖豪(1997—),硕士生,从事电动飞机可靠性研究.
LI Jinghao, LI Ran(), HUA Hao, HUANG Wentao, GAO Fei, TAI Nengling
Received:
2023-08-28
Accepted:
2023-12-11
Online:
2025-06-28
Published:
2025-07-04
Contact:
LI Ran
E-mail:rl272@sjtu.edu.cn
摘要:
针对电动飞机电推进系统轻量化与高可靠性之间的矛盾,首次提出一种考虑轻量化约束的可靠性分配方法.构建质量与可靠性之间的解析表达,以此为约束考虑电动飞机运行工况的不确定性,提出基于典型飞行剖面的“质量-可靠性”多场景均衡优化方法,实现了可靠性约束下的质量最轻和质量约束下的可靠性最高.以“创新精神”号电动飞机为例,所提方法可在保证系统可靠性的同时,通过对各子系统的可靠性分配,将电动飞机推进系统总质量减轻3.5%;通过设计不同场景验证所提方法的有效性,为电动飞机高功重比发展提供技术支撑.
中图分类号:
李靖豪, 李然, 华浩, 黄文焘, 高飞, 邰能灵. 电动飞机轻量化推进系统可靠性分配方法[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(6): 867-876.
LI Jinghao, LI Ran, HUA Hao, HUANG Wentao, GAO Fei, TAI Nengling. Reliability Allocation Method for Electric Aircraft Lightweight Propulsion System[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2025, 59(6): 867-876.
表7
飞机优化前后参数
名称 | 额定温度 下优化 质量/kg | 优化前 可靠度 | 基于工况 温度下优化 质量/kg | 优化后 可靠度 |
---|---|---|---|---|
电池 | 485.28 | 0.9982 | 485.25 | 0.9982 |
DC/DC | 24.7316 | 0.9763 | 28.73 | 0.9819 |
逆变器 | 33.1753 | 0.9925 | 29.1849 | 0.9831 |
电动机 | 60.00 | 0.9927 | 60.00 | 0.9927 |
额定温度下系统 | 839 | 0.9940 | 839 | 0.9927 |
场景一系统 | 839 | 0.9957 | 839 | 0.9964 |
场景二系统 | 839 | 0.9949 | 839 | 0.9955 |
场景三系统 | 839 | 0.9959 | 839 | 0.9965 |
3个场景期望值 | 839 | 0.9956 | 839 | 0.9963 |
[1] |
黄俊, 杨凤田. 新能源电动飞机发展与挑战[J]. 航空学报, 2016, 37(1): 57-68.
doi: 10.7527/S1000-6893.2015.0274 |
HUANG Jun, YANG Fengtian. Development and challenges of electric aircraft with new energies[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2016, 37(1): 57-68.
doi: 10.7527/S1000-6893.2015.0274 |
|
[2] |
侯珏, 姚栋伟, 吴锋, 等. 混合励磁电机的电动汽车增程器控制策略[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(2): 206-212.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.203 |
HOU Jue, YAO Dongwei, WU Feng, et al. Control strategy for electric vehicle range-extender based on hybrid excitation generator[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2021, 55(2): 206-212. | |
[3] |
庞宇, 黄文焘, 吴骏, 等. 船舶大功率脉冲负载抗冲击供电系统[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(10): 1197-1209.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.358 |
PANG Yu, HUANG Wentao, WU Jun, et al. Surge-suppression power supply system for ship high power pulse loads[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2021, 55(10): 1197-1209. | |
[4] | 郝雯超. 基于最小割集的飞机电网可靠性分析[D]. 天津: 中国民航大学, 2019. |
HAO Wenchao. Reliability analysis of aircraft power system based on minimum cut set[D]. Tianjin: Civil Aviation University of China, 2019. | |
[5] |
叶伦, 欧阳旭, 姚建刚, 等. 考虑多重不确定性因素的可靠性指标计算与备用容量优化[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(1): 30-39.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.366 |
YE Lun, OUYANG Xu, YAO Jiangang, et al. Reliability index calculation and reserve capacity optimization considering multiple uncertainties[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2024, 58(1): 30-39. | |
[6] | LUONGO C A, MASSON P J, NAM T, et al. Next generation more-electric aircraft: A potential application for HTS superconductors[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2009, 19(3): 1055-1068. |
[7] | 张栋, 范涛, 温旭辉, 等. 电动汽车用高功率密度碳化硅电机控制器研究[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(19): 5624-5634. |
ZHANG Dong, FAN Tao, WEN Xuhui, et al. Research on high power density SiC motor drive controller[J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39(19): 5624-5634. | |
[8] | RECALDE A A, BOZHKO S, ATKIN J. Optimal weight power system design and synthesis for more electric aircraft[C]// 2020 AIAA/IEEE Electric Aircraft Technologies Symposium. Orleans, USA: IEEE, 2020: 1-10. |
[9] | 李文举. 某轻型飞机供电及电气系统设计研究[D]. 沈阳: 沈阳航空航天大学, 2016. |
LI Wenju. Study on the power supply and electrial system design of the light aircraft[D]. Shenyang: Shenyang Aerospace University, 2016. | |
[10] | LIAW C S, CHANG Y C, CHANG K H, et al. ME-OWA based DEMATEL reliability apportionment method[J]. Expert Systems with Applications, 2011, 38(8): 9713-9723. |
[11] | Department of Defense of USA. Electronic design reliability handbook: MIL-HDBK-338B[S]. USA: Department of Defense of USA, 1998. |
[12] | CHANG Y C, CHANG K H, LIAW C S. Innovative reliability allocation using the maximal entropy ordered weighted averaging method[J]. Computers & Industrial Engineering, 2009, 57(4): 1274-1281. |
[13] | 商兴华, 韩维, 李成, 等. 一种新的飞机系统可靠性分配方法[J]. 兵工自动化, 2010, 29(12): 16-19. |
SHANG Xinghua, HAN Wei, LI Cheng, et al. A new method of reliability allocation of airplane system[J]. Ordnance Industry Automation, 2010, 29(12): 16-19. | |
[14] | 刘潮东, 梁庆卫. 基于造价和维修费用的系统可靠性指标分配方法[J]. 机械设计与制造, 2004(5): 4-6. |
LIU Chaodong, LIANG Qingwei. Allocation method of the system reliability based on the production cost and maintenance cost[J]. Machinery Design & Manufacture, 2004(5): 4-6. | |
[15] | 刘飞, 张为华. 基于费用函数的系统可靠性优化分配方法[J]. 机械设计与制造, 2005(11): 11-12. |
LIU Fei, ZHANG Weihua. System reliability optimization allocation based on cost minimization[J]. Machinery Design & Manufacture, 2005(11): 11-12. | |
[16] | LIU M J, LI W Y, WANG C S, et al. Reliability evaluation of large scale battery energy storage systems[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2017, 8(6): 2733-2743. |
[17] | 马伊光. 高转矩密度永磁同步电机的可靠性研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019. |
MA Yiguang. Research on reliability of high torque density permanent magnet synchronous motor[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2019. | |
[18] | 中国人民解放军总装备部. 电子设备可靠性预计手册:GJB/Z 299C—2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006. |
General Armaments Department of the People’s Liberation Army (PLA). Reliability prediction handbook for electronic equipment: GJB/Z 299C—2006[S]. Beijing: Standards Press of China, 2006. | |
[19] | 解铁军. 创新精神号: 航空电推的探索与欲望[J]. 大飞机, 2022(1): 65-67. |
XIE Tiejun. Innovative spirit: Exploration and desire of aviation electric propulsion[J]. Jetliner, 2022(1): 65-67. |
[1] | 吴静, 刘轩宇, 李响, 齐笑言, 李成俊, 张忠. 碳市场价格不确定性对电网调度影响机理分析[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(3): 354-364. |
[2] | . 用于内窥镜图像息肉检测的实时轻量级卷积神经网络[J]. J Shanghai Jiaotong Univ Sci, 2025, 30(3): 521-534. |
[3] | 李建林, 张则栋, 梁策, 曾飞. 计及源-荷不确定性的综合能源系统多目标鲁棒优化调度[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(2): 175-185. |
[4] | 李向哲, 梁刚, 郑小梅, 徐聪聪, 许金泉. 基于冲击功离散性的曲轴早期疲劳失效评估方法[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(1): 111-120. |
[5] | 田书欣, 韩雪, 符杨, 苏向敬, 李振坤. 计及海上风电不确定性的输电网两阶段鲁棒扩展规划[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(9): 1400-1409. |
[6] | 杨森, 郭宁, 张寿明. 不确定性条件下农业微电网与灌溉系统相结合的鲁棒优化调度[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(9): 1432-1442. |
[7] | 陈雪, 朱龙宇, 薛钦洋, 王柯翔, 韩志林, 罗楚养. 防空导弹用树脂基复合材料研究进展[J]. 空天防御, 2024, 7(6): 76-95. |
[8] | 刘华华, 王青. 基于强化学习的多飞行器目标分配方法[J]. 空天防御, 2024, 7(5): 65-72. |
[9] | 张为华, 王东辉, 周志坛, 李怡庆. 固体姿轨控发动机数字样机技术研究[J]. 空天防御, 2024, 7(5): 18-27. |
[10] | 刘婧, 郭晓雷, 张欣海, 毛靖军, 吕瑞恒. 空面导弹轻量化空中斜框目标检测算法[J]. 空天防御, 2024, 7(4): 106-113. |
[11] | 许斌, 郝予琛, 杨海洋, 刘广, 许泉, 李昱霖, 林楠, 华洲. 防空导弹结构轻量化技术的发展与展望[J]. 空天防御, 2024, 7(3): 1-13. |
[12] | 张宪文, 殷高文, 沈非凡, 黄晟, 魏娟. 计及风电不确定性及碳交易的储能参与电力市场竞价策略[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(12): 1868-1880. |
[13] | 叶伦, 欧阳旭, 姚建刚, 杨胜杰, 尹骏刚. 考虑多重不确定性因素的可靠性指标计算与备用容量优化[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(1): 30-39. |
[14] | 卫慧, 陈鹏, 张芮菡, 程正顺. 基于长短期记忆网络的大型漂浮式风力发电机平台运动极短期预报方法[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(S1): 37-45. |
[15] | 陈熠, 王晗, 徐潇源, 胡友琳, 严正, 曾丹, 冯凯. 省间-省内两级市场协调下两阶段分布鲁棒经济调度模型[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(9): 1114-1125. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||