[發明專利]基于飛輪儲能的飛機制動能量回收系統

有效

• 申請號: 201410109351.6
• 申請日: 2014-03-22
• 公開（公告）號: CN103847959A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 周龍;唐西勝;齊智平
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: B64C25/42
• 分類號: B64C25/42;B60L7/20;B64C25/40
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種配置了飛輪儲能的能量回收系統。

背景技術

目前，民用飛機在地面滑行過程中主要依靠自身的航空發動機或者地面拖車的牽引提供前進動力，這種沿用了幾十年的方式雖然操作簡便，但是隨著技術的發展和節能減排的標準愈加嚴格，需要新的解決方案使得飛機在地面滑行時少用甚至不用化石能源。而且世界各大主要機場的日均吞吐量顯著增加，這也增加了地面拖車與飛機碰撞的幾率。因此，通過改進電機技術，可在飛機的前輪上加裝電機，從而利用飛機自身的電能驅動其在地面滑行。美國專利US8220740B2公開了一種新型電機，安裝于飛機的前輪輪轂，可以利用電能驅動飛機在地面滑行。歐洲專利EP2557035A2公開了一種用于飛機的電氣滑行系統，其驅動飛機滑行的主要部件是安裝于起落架支柱內部的交流電機，通過控制電機電流的大小來控制飛機滑行的速度。可見，飛機利用電能完成地面的滑行任務是未來技術的發展方向，基于此，可以通過回收電機制動產生的能量進一步提高節能減排的比例，使飛機的地面運行更加綠色環保，即，飛機降落后的減速過程中會產生大量制動能量，將這部分能量收集起來用于驅動飛機在地面滑行，可以避免飛機自身航空發動機的運行油耗以及節省地面拖車的運行成本。

受制于安裝成本和技術的成熟度，絕大部分民用飛機仍采用剎車片機械制動的方式，將能量直接以熱的形式消耗在剎車片上，由于摩擦產生的熱量不僅會加速剎車片的磨損，而且會降低制動的效果。因此，從長期來看，對于頻繁起降的中小型飛機，機械制動的經濟性并非最優。在飛機前輪加裝電機，利用電機的反向制動轉矩進行電氣制動，是更優的方案。中國發明專利CN100497091C公開了一種用于飛機的飛機起落架總成，所述起落架總成含有一盤式軸向磁通電動機/發電機，依靠該設備的定子盤和轉子盤的磁力轉矩的互相作用來建立制動轉矩，使得飛機著陸滑行時的動能被轉變成電能，這些電能可被電阻器耗散掉和/或儲存起來供以后使用，所述儲存的方式是指蓄電池和電容器組。該專利公開的方案在理論上可行，但是由于盤式軸向電機提供的安全制動轉矩很有限，而民用飛機前輪輪轂上空間有限，不能無限制安裝電機轉子盤的數量或者增大轉子盤的直徑，這就與飛機要求的制動轉矩產生了矛盾。而且儲存的電能若被電阻消耗，則直接浪費了制動能量，若使用電池和電容器儲存，面對飛機著陸瞬間產生的巨大沖擊能量以及中小型飛機的頻繁起降，所述的兩種儲能方式都是完全不合適的。

綜上所述，面對節能減排和環境保護的需求，結合飛機起落架電氣化的技術發展趨勢，仍需要一種更合理實用的飛機制動能量回收系統。

發明內容

本發明的目的在于克服現有飛機制動能量回收技術的不足，提供一種基于飛輪儲能的飛機制動能量回收系統。

本發明所采用的技術方案是：由電機功率變換器對飛機輔助動力裝置（APU）提供的功率進行變換，驅動安裝了特種電機的飛機前輪，再將飛輪儲能系統接入電機功率變換器內部的直流母線。本發明通過采取合理的控制方法，可完成飛輪儲能系統與飛機前輪安裝的特種電機之間的能量交換，確保飛機減速產生的制動能量可以完全被飛輪儲能系統吸收，然后用于驅動飛機在地面滑行。

本發明基于飛輪儲能系統的飛機制動能量回收系統，由一個安裝在飛機前輪的特種電機，一個電機功率變換器，以及一套飛輪儲能系統組成。飛機輔助動力裝置的三相交流輸出端接入所述電機功率變換器的一個交流側引出端；所述的特種電機與電機功率變換器的另一個交流側引出端相接。所述飛輪儲能系統的直流側引出端與電機功率變換器的直流側引出端連接。