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航空科学技术
中国航空研究院
航空科学技术

中国航空研究院

魏金钟

双月刊

1007-5453

ast@aviationnow.com.cn

010-64094034

100009

北京东城区交道口南大街67号主楼202室

航空科学技术/Journal Aeronautical Science and Technology
查看更多>>以国家发展航空事业的目标和航空工业发展计划为导向，宣传、贯彻党和国家发展航空科技的方针、政策，综合报道国内外航空关键技术、航空领域各学科发展动态、企业先进生产方法及经验、企业科技进步企业发展战略和重大科技成果等。
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    新能源飞机专辑

    徐悦
    1页
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    固定翼民机的新能源关键技术研发现状与展望

    雷国东徐悦陈少军朱海涛...
    2-14页
    查看更多>>摘要：新型能源的存储、运输及转化是制约新能源固定翼民机发展的主要"瓶颈"和关键技术,如动力电池的质量能量密度过低导致储能重量过大是制约全电新能源民机发展的"瓶颈",氢气的体积能量密度过低导致的储能容积过大以及运输困难问题是制约氢能新能源飞机发展的"瓶颈";可持续航空燃料(SAF)民机的应用则主要受到SAF的转化成本制约.能源到推进的转化(如纯电能推进、氢燃料电池电机推进及油电混动推进)存在的主要问题是高功率密度与大功率电机的研制,使用分布式电推进技术可以部分地解决这类电机问题,但氢燃料电池的质量与体积功率密度仍然是阻碍其在大型飞机上推广应用的主要制约因素,使用氢气作为航空发动机的燃料则不仅存在高压或低温燃料运输及在飞机上存储的技术问题,氢燃料的特殊理化性质也会带来有别于液体碳氢燃料的特殊安全性问题.本文对比和归纳了几种替代能源在民用航空器上应用的可能性,推论得到绿色SAF或液化天然气(LNG)类碳氢燃料,相对直接使用液氢燃料更具可行性,即绿氢与直接大气捕获二氧化碳的化工或生物合成燃料更具可行性,可作为新能源航空器发展的参考和指导.

    质量能量密度体积能量密度SAF功率密度分布式电推进

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    氢燃料电池支线飞机关键技术与发展展望

    纪宇晗吴佳茜曾凡苍
    15-24页
    查看更多>>摘要：氢燃料电池支线飞机是全球航空运输业实现绿色低碳目标的重要发展方向.本文分析了氢燃料电池支线飞机的发展现状和关键技术,包括液氢存储系统、氢燃料电池、电动机、氢燃料生产和储运加注等,预测了我国氢能航空技术发展趋势,并提出了包含各类新能源航空器产品的技术方案图谱,为我国氢能航空的发展提供理论支撑和方向指引.研究认为,我国将在2025-2035年逐步具备发展支线到窄体干线氢能飞机的技术条件,基于成熟国产飞机平台进行氢动力改装,以新能源技术变革推动航空制造业"换道超车".

    涡桨支线飞机氢燃料电池液氢存储罐氢燃料运输网络

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    基于纤维素类能源植物的可持续航空燃料全生命周期排放方法分析

    杨晓军袁中楠丁水汀侯德铭...
    25-35页
    查看更多>>摘要：国际航空业要实现2050年净零碳排放的目标,目前唯一现实的能源解决方案是使用可持续航空燃料(SAF).为了判断SAF能否真的实现持续的碳减排,有必要对生产的SAF的可持续性进行评估.本文基于国际航空碳抵消和减排计划(CORSIA)定义的生命周期评价(LCA)方法,考虑了燃料生产过程中副产物的固碳效果对总排放的影响,计算了以某种纤维素类能源植物原料制SAF的三种工艺路径的全生命周期排放值,并进行了数据敏感性分析.结果显示,基于该能源植物的SAF各路径均可实现全生命周期碳减排,且考虑生物炭的固碳效果后最大减排量可达152.2%,对实现净零碳甚至负碳排放有关键作用.

    可持续航空燃料可持续性标准全生命周期排放土地利用变化排放核心生命周期排放

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    航空机载液氢储罐绝热性能及轻量化研究

    陈红杨鑫磊王晓月
    36-46页
    查看更多>>摘要：对航空机载液氢储罐进行绝热结构的绝热性能及轻量化综合研究是提高飞机续航能力的关键解决路径.本文以液氢储量为1450kg的液氢储罐为例,对泡沫/冷屏复合绝热结构(SOFI/VCS)及变密度多层真空夹套绝热结构(VD-MLI真空夹套)进行绝热及轻量化对比研究.当两种绝热结构的绝热性能一致,储罐日蒸发率≤4%时,VD-MLI真空夹套绝热结构重量相较于SOFI/VCS复合绝热结构减轻50%,此时适合采用双胆储罐结构;当储罐日蒸发率增大到6%左右时,两种绝热结构的重量相差较小,SOFI/VCS复合绝热结构仅比VD-MLI真空夹套绝热结构重约50kg;而当储罐的日蒸发率>7%时,SOFI/VCS复合绝热结构在轻量化方面更具优势,此时储罐宜采用单壁结构,且日蒸发率越大,单壁储罐轻量化优势越明显.本文通过探究两种绝热结构绝热性能与重量的对应变化规律,为航空机载液氢储罐绝热结构及轻量化的方案设计提供理论依据,同时为液氢的高效长时间存储技术发展奠定一定的基础.

    机载液氢存储SOFI/VCSVD-MLI真空夹套绝热性能轻量化

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    氢能航空运行场景研究

    崔容杨晨光
    47-52页
    查看更多>>摘要：氢能是实现航空业"低碳"运行的重要路径,氢能飞机设计及氢能航空的体系级应用成为研究焦点.本文分析了民航运输体系为保障氢能飞机运行的新场景,从氢能供应链条和终端使用保障出发,对不同预期目标下的机场基础建设和运营提出了要求;进一步对体系级场景下的飞机运行场景开展了研究,识别了氢能飞机因使用氢燃料替代航空煤油而在各运行阶段引发的新场景,分析了各场景对飞机设计的影响.最后以氢能支线飞机设计为例,基于已识别的飞机运行新场景,初步定义了飞机在使用氢燃料时应满足的部分顶层研制需求.通过研究,初步捕获了氢能航空从供应链条至终端使用的运行要求和基础保障,为氢能飞机和氢能机场方案设计提供输入.

    氢能源场景分析飞机设计系统工程需求捕获

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    电动飞机分布式螺旋桨—机翼设计分析方法研究

    孙宗燕王强乔伟付畅...
    53-64页
    查看更多>>摘要：为逐步实现航空器从传统能源到清洁能源的转换,将传统涡桨飞机改型成分布式电推进螺旋桨飞机是目前重要的研究方向.本文以运12F飞机巡航性能为约束,根据动量理论对其改型为分布式螺旋桨飞机后的机翼参数进行修正;从螺旋桨桨盘面积、螺旋桨与电动机匹配关系、螺旋桨质量三个方面综合评估确定分布式电推进螺旋桨个数;根据巡航及爬升任务剖面的拉力需求进行螺旋桨设计;将最终确定的分布式螺旋桨—机翼模型与原型机模型在OpenVSP中进行升阻力对比分析.结果表明,分布式螺旋桨的滑流效应在小速度、大迎角下增升作用更明显,可用于提升飞机起飞及爬升阶段性能指标.在巡航及爬升状态下,分布式螺旋桨上置比下置升力特性更好,升力系数可提高约5%,但在小速度时,升力系数提升的代价是阻力系数增加.本文研究为传统涡桨飞机改型为分布式螺旋桨飞机总体设计提供了参考.

    分布式电推进Y12F概念设计OpenVSP涡格法螺旋桨滑流螺旋桨设计

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    一种分布式电推进飞机的多学科参数快速估计方法

    于昊亮雷涛张星雨张晓斌...
    65-74页
    查看更多>>摘要：由于分布式电推进飞机综合性能显著,各个学科的交叉性强,是未来航空领域飞行器发展的趋势,因此建立一种适用于总体设计阶段的多学科参数评估方法对分布式电推进飞机的设计有着重大的意义.为了提高电动飞机在初始设计阶段的效率,本文提出了一种分布式电推进飞机的多学科参数快速估计方法.该方法对分布式电推进飞机进行总体建模并搭建能源系统框架,使用基于势流理论的简化气动分析方法对螺旋桨与机翼的气动—推进耦合特性进行分析.经仿真验证,该简化气动模型可以较好地模拟螺旋桨与机翼的气动—推进耦合特性.利用该方法在设定的飞行剖面下对某分布式电推进飞机进行多学科参数快速估计,得到了整个飞行剖面下的飞机气动性能变化及电推进系统的性能变化,为分布式电推进飞机的总体设计提供了支撑.

    分布式电推进多学科分析电力推进技术涡格法螺旋桨滑流

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    混合动力飞行汽车建模与性能仿真分析

    强宣凯朱海涛李炜烽郑俊超...
    75-83页
    查看更多>>摘要：飞行汽车作为未来立体交通的重要运载工具,具备垂直起降和巡航功率切换的能力,增程式混合动力飞行汽车结合了动力电池和燃气轮机的优点,能更好地满足城际交通的能源需求.目前研究主要涉及飞行汽车气动特性分析、交通网规划和推进系统建模等方面,但缺乏关于飞行任务参数对混合动力系统最优配置以及相应飞行任务经济性的定量描述的研究.本文选用1000～3000kg量级的混合动力飞行汽车作为研究对象,分析对比了上述飞行汽车在不同功率等级燃气轮机发电装置配置下,在60～360km航程下的任务经济性及有效载荷占比.结果表明,航程在120km以上的飞行任务飞行的平均成本有极小值,此时的燃气轮机功率在巡航功率附近;同时,飞行汽车的有效载荷占比与燃气轮机功率等级呈正相关.对于1000kg量级的飞行汽车,在航程为60km时,其任务平均成本与燃气轮机功率呈正相关.在航程大于120km时,其任务平均成本极小值约为0.004元/(km/kg).对于2000～3000kg量级的飞行汽车,在航程大于120km时,其任务平均成本极小值稳定在0.004元/(km/kg)左右.本文定量分析了航程和载荷对纯电动和混合动力飞行汽车任务经济性的影响,说明了纯电动和混合动力飞行汽车分别适用的任务场景,从而为飞行汽车及部件生产商提供参考.

    飞行汽车电动垂直起降混合动力燃气轮机发电锂离子电池

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    电动飞机电推进锥形永磁同步电机轴向磁拉力影响因素分析

    梁力豪梁培鑫樊昱琨刘澄林...
    84-90页
    查看更多>>摘要：针对螺旋桨轴向力磨损电推进电机轴承问题,本文提出一种锥形电推进电机方案,利用锥形电机的轴向力平衡螺旋桨的轴向力.首先,建立了电推进锥形永磁同步电机磁路模型,给出了相关参数的数学解析式,同时基于磁路模型给出了锥形电机轴向磁拉力的数学表达式.其次,在此基础上分析了锥角及交直轴电流对轴向磁拉力的影响机理,为锥形永磁同步电机轴向磁拉力的研究提供了理论参考.

    电动飞机锥形永磁同步电机磁路模型轴向磁拉力锥角交直轴电流

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