CN1959120A - 电动航空压缩机 - Google Patents

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CN1959120A
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杨学实
张军
宁焕生
王宝发
刘铁军
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杨学实
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0261—Surge control by varying driving speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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Abstract

本发明技术涉及一类电动航空压缩机，所述电动航空压缩机包括航空压气机；包括所述航空压气机外壳按一定角度固联的压缩空气导流管，所述压缩空气导流管的出口法兰盘，所述法兰盘与轨道飞行器底盘的压缩空气进气口法兰盘联结；包括暴露在所述压缩空气导流管之外的压气机转轴，所述压气机转轴与变速器的一端联结，所述变速器的另一端同电动机联结；所述电动机的输出功率通过控制***进行控制。所述电动航空压缩机具有多次启动功能。所述一类电动航空压缩机的出口气体流量范围在1.0公斤/秒～160公斤/秒之间；所述一类电动航空压缩机是按流量分段划分每种产品，所述每种产品的出口气体压力范围在2.7公斤/厘米2～8公斤/厘米2之间；所述电动航空压缩机压缩空气的出口气体温度不超过100摄氏度。

Description

电动航空压缩机
技术领域
本发明涉及一类电动航空压缩机，特别涉及一种非燃烧型大流量高压低温喷流的航空动力设备。该类产品的特点是体积小、重量轻、强度高，喷流压力高、流量大、温度低。它不同于目前飞机普遍采用的高温燃烧***产生喷流为动力的‘涡喷发动机’或者‘涡桨发动机’；高温燃烧***类的飞机动力设备的能源是航空汽油，会造成空气污染和噪音污染；石油总有枯竭的一天。电动航空压缩机其特征在于形成的压缩空气喷流为吸入空气又排出空气，没有污染又噪音小，低温喷流不会出现结构温度上升而强度下降。所述电动航空压缩机产品用于地面轨道飞行器为动力的高速轨道交通领域。
背景技术
20世纪60年代，世界发达国家提出铁路高速问题后，几乎同时发展了三条技术途径：一条是，德国和日本的磁悬浮列车；另一条是，轮轨高速，即法国的TGV列车；再一条是，欧美研制的气垫车。气垫车的原理属于直升飞机原理，它的动力采用航空燃气喷流发动机；由于它的高温燃气喷流的流向是气垫车的车下地面，因此不会对气垫车结构造成影响和破坏；但是，却存在能耗大、噪声污染大以及运行稳定性差的问题；这类问题在工程实践中很难解决，因而未能得到相应发展，不得不纷纷下马。我国发明的高速轨道飞行器(“气浮车”发明专利，ZL99100145.1)从原理上提出了克服气垫车缺点的方法，以降低能耗、减小噪声、保持运行稳定。
目前世界上的中低空飞行器，即飞机使用的动力设备，全部为高温燃气涡轮喷气发动机。涡喷发动机的高温燃气喷流注入大气，不会给飞行器结构造成影响，同时它的出口压力低，稍稍高出海平面大气压力。单就喷流温度而言，如果这种高温燃气喷流注入飞行器某种结构，比如高速轨道飞行器的底盘，将会对底盘结构造成严重问题和破坏。采用电动航空压缩机为动力避免高温燃气对飞行器结构造成破坏。同时高速轨道飞行器所需动力的压力远远高出飞机涡喷发动机出口压力，因此，设计研制新型的电动航空压缩机的系列产品十分必要。这就是说，从以下几个方面：动力的温度要求方面、出口压力方面、有限石油资源方面、空气污染方面、环境噪声方面等总体考虑，设计研制适用飞行器新型动力的系列产品具有很大的社会意义和经济价值。
本发明的目的是提供一类非燃烧大流量高压低温冷喷流型电动航空压缩机用于高速轨道飞行器提供压缩空气的动力，同时民用也有很大潜力。
发明内容
为了实现上述目的，电动航空压缩机的航空压气机通过对现有类似产品的广泛筛选或者重新设计制造，确定符合技术要求的航空压气机。它的技术要求是：重量轻、体积小、强度高、流量大、空气动力性能好、耗能低、噪音小、不易发生喘振等。它的结构包括涵道外壳、压气机叶片、转轴、三点支撑架、轴承等。涵道外壳尾端按一定角度横截裁去一部分，通过焊接与压缩空气导流管的一定角度固联形成拐弯组合，使压气机转轴伸出压缩空气导流管之外。压缩空气导流管的出口处有法兰盘以便同高速轨道飞行器底盘的压缩空气进气口法兰盘联结。将压气机转轴与变速器的一端联结，变速器的另一端与电动机联结。电动机的输出功率通过控制***进行调节控制，控制模型和控制软件由先期的发明专利“气浮车气膜的控制方法”(申请号：200610057524.x)得到保证。
电动航空压缩机是一类系列型号产品。每种型号是按流量分段划分的；每种流量的电动航空压缩机提供不同承载能力的动力；电动航空压缩机的发明重点在于压缩机不喘振、***的高功率及小型化、强度高、流量大、压缩空气出口温度低、压力大，以及静态控制和动态控制的可控性、控制稳定性等；能源采用蓄电池和电网供电并举；蓄电池有大容量和小型化特点；同时电动航空压缩机具备稳定的多次启动功能。电动航空压缩机吸入空气再排出空气，不会对环境造成污染，也不会对高速轨道飞行器底盘结构造成高温破坏；它的排气口为气膜形成的多个缝隙，听不到涡喷发动机的***声，只有嘶嘶声。
该项系列产品的实现，为电动航空发动机的研制，解决一旦地球石油资源枯竭，燃油动力飞机不得不停飞之时，为飞机提供电力航空发动机的研制打下良好基础。
附图简要说明
图1电动航空压缩机示意图
图2电动航空压缩机***框图
具体实施方式
首先研制完成符合航空压气机技术条件的航空压气机部件。将航空压气机1的尾端涵道外壳按一定角度裁去一部分，与压缩空气导流管2的一定角度通过焊接固联形成拐弯组合，使得压气机转轴4露出压缩空气导流管2之外。在压缩空气导流管的出口处焊接法兰盘3，以便同高速轨道飞行器底盘的压缩空气进气口法兰盘联结。对航空压气机转轴4再做适当加工，将压气机转轴4与变速器5的一端联结。变速器5的另一端再同电动机6联结。对于不同的高速轨道飞行器运行速度电动航空压缩机的流量是不同的。选定压缩机后，电动机6的输出压力通过控制***7进行调节控制。控制模型和控制软件已经有发明专利保证。将上面所述的各个部件固联成整体，完成了电动航空压缩机硬件制造。进行运行试验并测试设计参数；定型；设计图纸交付工厂加工生产。
主要参数：
电动航空压缩机的压缩空气贮箱就是轨道飞行器的底盘，带腿底盘在运行不同速度状态下，根据变化中的漏气功能，气膜生成所需压力是不同的，因此对压力进行控制。对于不同漏气功能进行压力控制的最小压力2.7大气压，最大压力8大气压；按照流量分段划分的一类电动航空压缩机的压缩空气流量范围是最小流量1.0公斤/秒，直至最大流量160公斤/秒；压缩空气出口温度不大于摄氏100度。电动航空压缩机具备在运行中的多次停车和启动功能。
控制过程：
通电启动后，控制目标参数即气膜厚度反馈到控制程序，气膜厚度同压缩空气流量存在函数关系，同时出口压力检测参数也反馈给控制程序，此时控制程序开始求解两个二阶偏微分方程构成的分布参数控制***。当判断求解结果与目标参数不相符合时，则按照厚度与流量的对应函数关系得到改变流量命令，又按照流量与压力关系，指令改变内边界处控制参数即压力。对于新的边界条件再次求解两个二阶偏微分方程构成的分布参数控制***。如此反复，直至由流量确定的气膜厚度满足要求为止。当运行速度处于匀速时，分布参数控制***的两个二阶偏微分方程中的温度方程消失，仅剩一个压力方程，此时控制程序大大简化。
对于硬件而言，前述控制软件的控制参数，即压力的调整，是通过调整电动机转速来实现的。

Claims (9)

  1. (1)一类电动航空压缩机；所述电动航空压缩机为系列产品，所述系列产品中的每一种电动航空压缩机包括航空压气机1，所述航空压气机1外壳尾端固联有压缩空气导流管2，所述压缩空气导流管2的出口法兰盘3；包括暴露在所述压缩空气导流管2之外的所述航空压气机1的转轴4；其特征在于所述转轴4与变速器5的一端联结；所述变速器5的另一端同电动机6联结；所述电动机6输出功率是通过控制***7实现的。
  2. (2)如权利要求(1)所述的电动航空压缩机，其特征在于所述压缩空气导流管2的出口法兰盘3与轨道飞行器底盘的压缩空气进气口法兰盘联结；
  3. (3)如权利要求(1)所述的电动航空压缩机，其特征在于所述航空压气机转轴4暴露在所述压缩空气导流管2之外；
  4. (4)如权利要求(3)所述航空压气机转轴4，其特征在于与所述变速器5一端联结；
  5. (5)如权利要求(4)所述变速器5，其特征在于所述变速器5的另一端与所述电动机6联结；
  6. (6)如权利要求(5)所述电动机6的输出功率通过所述控制***7实现的。
  7. (7)如权利要求(1)所述的电动航空压缩机系列产品，其特征在于压缩空气的出口气体流量范围在1.0公斤/秒～160公斤/秒之间；
  8. (8)如权利要求(1)所述的电动航空压缩机系列产品的每一种，其特征在于压缩空气出口气体压力范围在2.7公斤/厘米2～8公斤/厘米2之间；
  9. (9)如权利要求(1)所述的电动航空压缩机系列产品的每一种，其特征在于所述压缩空气出口气体温度不超过摄氏100度。
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