Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phát triển nguyên mẫu bộ chuyển đổi cho ứng dụng máy nén HLFC
Tóm tắt
Một thành phần quan trọng trong Kiểm soát Dòng Chảy Lamiar Hỗn hợp (HLFC) là bộ chuyển đổi turbo, điều này yêu cầu phải có một bộ biến tần. Tuy nhiên, môi trường khắc nghiệt kết hợp với các điều kiện biên hạn chế làm cho việc thiết kế bộ biến tần trở nên rất thách thức. Hơn nữa, các tiêu chuẩn chứng nhận hàng không cũng phải được xem xét. Bởi lý do tầm quan trọng ngày càng tăng của nó, một phương pháp Kỹ thuật Hệ thống Dựa trên Mô hình (MBSE) được mô tả để phân bổ các yêu cầu hệ thống HLFC xuống cấp thấp hơn của bộ biến tần. Bằng cách sử dụng tập hợp yêu cầu đã thu được, thiết kế của một nguyên mẫu bộ biến tần đã được khởi xướng. Đối với điều này, động cơ máy nén, một Động cơ Đồng bộ Nam châm Vĩnh cửu (PMSM) hoạt động lên đến 150.000 $$\text {min}^{\text {-1}}$$ với công suất hơn 5 kW, đã được xác định thông qua các phép đo. Sau đó, một khái niệm điều khiển đã được xây dựng và thực hiện trên một hệ thống điện tử sơ bộ. Cuối cùng, các thử nghiệm tính khả thi đã được thực hiện trên một giàn thử nghiệm, kết quả của nó phù hợp tốt với lý thuyết.
Từ khóa
#Hybrid Laminar Flow Control #bộ chuyển đổi turbo #bộ biến tần #động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu #Kỹ thuật Hệ thống Dựa trên Mô hình #máy nén.Tài liệu tham khảo
ACARE: Time for change: The need to rethink Europe’s FlightPath 2050 (2020)
Kilian, T., Horn, M.: Verification of a chamberless HLFC design with an outer skin of variable porosity. CEAS Aeron. J. 12(4), 835–845 (2021). https://doi.org/10.1007/s13272-021-00528-4
Henke, R.: The Airbus A320 HLF Fin programme. Nouv. Rev. Aeronaut. Astronaut. 209(2), 53–55 (1998)
Schrauf, G., von Geyr, H.: Hybrid laminar flow control on A320 fin: Retrofit design and sample results. J. Aircr. 58(6), 1272–1280 (2021). https://doi.org/10.2514/1.c036179
Mosca, V., Karpuk, S., Sudhi, A., Badrya, C., Elham, A.: Multidisciplinary design optimisation of a fully electric regional aircraft wing with active flow control technology. Aeron. J. 126(1298), 730–754 (2021). https://doi.org/10.1017/aer.2021.101
Beck, N., Landa, T., Seitz, A., Boermans, L., Liu, Y., Radespiel, R.: Drag reduction by laminar flow control. Energies 11(1), 252 (2018). https://doi.org/10.3390/en11010252
Sudhi, A., Elham, A., Badrya, C.: Coupled boundary-layer suction and airfoil optimization for hybrid laminar flow control. AIAA J. 59(12), 5158–5173 (2021). https://doi.org/10.2514/1.j060480
Barklage, A., Römer, U., Bekemeyer, P., Bertram, A., Himisch, J., Radespiel, R., Badrya, C.: Analysis and uncertainty quantification of a hybrid laminar flow control system. In: AIAA SCITECH 2022 Forum, San Diego, CA, USA and virtual (2022). https://doi.org/10.2514/6.2022-2452
Pohya, A.A., Wicke, K., Kilian, T.: Introducing variance-based global sensitivity analysis for uncertainty enabled operational and economic aircraft technology assessment. Aerosp. Sci. Technol. 122, 107441 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ast.2022.107441
Krishnan, K.S.G., Bertram, O.: Preliminary design and system considerations for an active hybrid laminar flow control system. Aerospace 6(10), 109 (2019). https://doi.org/10.3390/aerospace6100109
HLFC-Win project website. www.hlfc-win.eu/. Accessed 22 Jun 2021
Fröhlich, P.: Development of an oil free turbo compressor for mobile fuel cell applications –challenges and results. In: Fuel cell conference FC\(^3\), Chemnitz, Germany (2019)
Langmaack, N., Lippold, F., Hu, D., Mallwitz, R.: Analysing efficiency and reliability of high speed drive inverters using wide band gap power devices. Machine 9(12), 350 (2021). https://doi.org/10.3390/machines9120350
Fleming, C.H., Leveson, N.: Improving hazard analysis and certification of integrated modular avionics. J. Aerosp. Inf. Syst. 11(6), 397–411 (2014). https://doi.org/10.2514/1.i010164
SAE International. ARP4754A: Guidelines for development of civil aircraft and systems. SAE Int. (2010). https://doi.org/10.4271/arp4754a
Krupa, G.P.: Application of agile model-based systems engineering in aircraft conceptual design. Aeron. J. 123(1268), 1561–1601 (2019). https://doi.org/10.1017/aer.2019.53
Mathew, P.G., Liscouet-Hanke, S., Masson, Y.L.: Model-based systems engineering methodology for implementing networked aircraft control system on integrated modular avionics – environmental control system case study. In: sae aerospace systems and technology conference, London, United Kingdom (2018). https://doi.org/10.4271/2018-01-1943
Andersson, H.: Aircraft systems modeling: Model based systems engineering in avionics design and aircraft simulation. Linköping University Electronic Press, Linköping (2009)
Walden, D., Roedler, G., Forsberg, K., Hamelin, R., Shortell, T. (eds.): INCOSE systems engineering handbook. Wiley, Hoboken (2015)
EASA: Certification specifications and acceptable means of compliance for large aeroplanes CS-25. Amendment 26 (2020)
SAE International. ARP4761: Guidelines and methods for conducting the safety assessment process on civil airborne systems and equipment. SAE Int. (1996). https://doi.org/10.4271/arp4761
RTCA: DO-160G-Environmental conditions and test procedures for airborne equipment (2010)
RTCA: DO-178C-Software considerations in airborne systems and equipment certification (2012)
RTCA: DO-254-Design assurance guidance for airborne electronic hardware (2000)
Horn, M., Seitz, A., Schneider, M.: Novel tailored skin single duct concept for HLFC Fin application. In: Proceedings of the 7th European Conference for Aeronautics and Space Sciences, Milano, Italy (2017)
Quanterion solutions incorporated: Non-Electronic Parts Reliability Data 2016, NPRD (2016)
Leveson, N., Wilkinson, C., Fleming, C., Thomas, J., Tracy, I.: A Comparison of STPA and the ARP 4761 safety assessment process. MIT Technical Report, Massachusetts institute of technology (2014)
Thomas, J., Sgueglia, J., Suo, D., Leveson, N., Vernacchia, M., Sundaram, P.: An integrated approach to requirements development and hazard analysis. In: SAE 2015 World Congress & Exhibition, Detroit, MI, USA (2015). https://doi.org/10.4271/2015-01-0274
OMG ®: Risk Analysis and Assessment Modeling Language (RAAML). Version 1.0 Beta (2020)
Murakami, H., Honda, Y., Kiriyama, H., Morimoto, S., Takeda, Y.: The performance comparison of SPMSM, IPMSM and SynRM in use as air-conditioning compressor. In: Conference record of the 1999 IEEE industry applications conference. Thirty-forth IAS annual meeting (Cat. No.99CH36370), Phoenix, AZ, USA (1999). https://doi.org/10.1109/ias.1999.801607
Jahns, T.M., Kliman, G.B., Neumann, T.W.: Interior permanent-magnet synchronous motors for adjustable-speed drives. IEEE Trans. Ind. Appl. IA–22(4), 738–747 (1986). https://doi.org/10.1109/tia.1986.4504786
Schröder, D.: Elektrische Antriebe - Regelung Von Antriebssystemen. Springer, Berlin/Heidelberg (2015)
Kunzler, R.: Rotorlagegeberlose Verfahren zum Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine im elektrifizierten Antriebsstrang. PhD thesis, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (2018)
Kiel, J.: Regelung permanenterregter Synchronmaschinen ohne mechanischen Geber für den industriellen Einsatz. PhD thesis, Universität Paderborn (2005)
Casadei, D., Filippetti, F., Rossi, C., Stefani, A.: Magnets faults characterization for permanent magnet synchronous motors. In: IEEE International symposium on diagnostics for electric machines, power electronics and drives. , Cargese, France (2009). https://doi.org/10.1109/demped.2009.5292770
Ramamoorthy, R.T.: Quick response control of PMSM using fast current loop. Technical report SPARCL1B, Texas Instruments (2019)
Muller, J.-K., Mertens, A.: Power electronics design for a direct-driven turbo compressor used as advanced high-lift system in future aircraft. In: IECON 2017 - 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Beijing, China (2017). https://doi.org/10.1109/iecon.2017.8216756
Antivachis, M., Dietz, F., Zwyssig, C., Bortis, D., Kolar, J.W.: Novel high-speed turbo compressor with integrated inverter for fuel cell air supply. Front. Mech. Eng. (2021). https://doi.org/10.3389/fmech.2020.612301
Infineon technologies: Dynamic thermal behavior of MOSFETs: simulation and calculation of high power pulses. Application note AN_201712_PL11_001 (2017)
Sartori, E.: Convection coefficient equations for forced air flow over flat surfaces. Sol. Energy 80(9), 1063–1071 (2006). https://doi.org/10.1016/j.solener.2005.11.001