前言
随着我们国家一带一路战略的实施，飞机技术研究变得越来越重要。在航空领域，随着多燃料飞机技术和电力推进技术的发展，能源系统已成为今后大型飞机的优先发展系统。与此同时，电力推进技术和电池储能新技术的发展使得电力飞机的使用成为可能。因此，研究大型飞机的能源系统至关重要。发展航空推进系统是一种全新的技术，改变了传统的飞机设计，是飞机发展的一场革命。随着电力成为飞机的重要能源，飞机的可靠性和维修大大提高，飞机电力系统技术已成为飞机未来发展的优先事项。
1飞机电力系统地位和作用
飞机的电力系统是一个独立的电网,包括电能的产生,传输,分配,存储和使用。在这个独立的网络中,它由产生电能的发电机,用于传输电能的传输电缆,配电系统和电力电子转换设备,电能储存电池系统,各种电力驱动的飞机执行组件以及控制这些组件操作的控制器组成。飞机动力系统的电气设备主要包括航空电子系统、飞行控制系统、环境控制系统、防冰系统、起飞系统、通信系统(内部和外部)、飞机照明等飞机能耗的关键功能部件。所有这些系统和组件都具有可靠性,体积小,重量轻,使飞机能够高效运行。随着越来越多的系统在飞机上逐步取代电气化,飞机的整体效率进一步提高,污染排放进一步减少,飞机动力系统的地位和作用越来越重要。未来,飞机的电力系统也将成为飞机一次能源推进的核心,这将极大地促进飞机的技术进步。传统飞机平台的推进系统需要更少。目前,国内飞机供电系统可以满足飞机的电力需求。为了满足飞机发展和新技术应用的需要,提高飞机动力系统的竞争力,飞机动力系统技术必须不断进步,以减少飞机动力系统产品的体积和成本,提高飞机动力系统产品的效率和功率密度,提高未来飞机动力系统的能量需求。
2飞机电力系统构成
飞机电力系统包括飞机发电系统设备、飞机电力分配和转换系统设备、飞机电力系统设备和发电机电力传输系统设备、配电系统设备和飞机转换设备飞机发电系统设备的作用是将发动机的机械能转化为飞机所需的电能；飞机配电和转换系统设备是配电系统设备，通过配电网简化配电、转换、浪费、容错和不间断供电。飞机的电力系统传输距离短，发电、加工和配电设备集中在飞机上。核心是电力系统的系统化和整合。(1)飞机动力系统设备体积小、重量轻、可靠性高。(2)飞机的动力系统设备能够承受比地面设备更恶劣的自然条件。(3)飞机供料系统设备的结构设计、热设计和冷却支架比地面供料系统更为复杂，对所用设备和材料的要求更高。(4)飞机电力系统设备是集供配电、存储、驱动、用电、控制、通信于一体的现代高科技系统。
飞机电力系统技术由四部分组成。(1)发电系统技术:随着电动飞机技术的发展，发电系统技术逐渐推广到发动机技术，而不仅仅是发电技术，今后随着电动推进技术的发展，发动机技术将更加重要。电力推进技术与发电系统技术的结合是以电力发动机技术为基础的，其中既包括电力发动机，也包括发电机。(2)以电子电气技术为核心的电力加工和分配技术，包括电力的分配和加工。(3)系统集成体系结构和热量管理技术:包括电气系统体系结构设计、集成和热量管理技术，其主要技术轴心是系统体系结构和电网技术。(4)储能技术主要是电池技术，即以储能技术为核心的电池储能密度。
3飞机能源实现电气化趋势
从飞机能源优化利用的角度来看，飞机能源系统的发展可分为两个技术趋势:第一，飞机二次能源系统的发展方向是多电和全功率；第二，飞机的一次能源逐渐从传统形式的能源转向混合能源和电能。随着飞机多次通电，对常规水力、气动和机械能源的需求逐渐减少，飞机的二次能源转向了更多的电力。飞机一次能源的变化，从混合能源转向电力，导致飞机电力发展方向从传统的飞机二次能源转向飞机一次能源。这种变化导致飞机的电能水平发生了数量变化，迫切需要研究高功率、低重量的高功率发动机和高效的高能量储能技术。这些技术是今后解决航空业环境问题的主要动力。飞机能源系统的这两项发展为飞机创造了新的市场，大大提高了现有飞机的总体效率。这些新的市场需求包括使用电力的城市空运和排放量低或为零的区域空运。为了适应新市场的变化，城市需要建造许多小型机场，并开发更多的中型电力和混合飞机，以提高飞机的能源效率和减少对环境的影响。通过对飞机所需能源系统进行技术评估，研究未来平台能源系统的技术发展需求，同时考虑到国际航空工业市场的发展趋势，同时考虑到飞机能源系统发展的两个趋势确定亟待解决的主要技术问题，为我国飞机能源系统的技术发展确定明确方向。
4电动化技术及其发展思路
4.1电动化技术
将动力和飞机独立性结合起来，可以实施新的飞机机动概念，例如在城市航空运输等领域使用的一架自主电动飞机VTOL，并实施了一个或四个能力有限的VTOL电力运输项目。这些新飞机目前，交通噪音和污染严重，是城市地区的一个主要问题。这些新技术平台依靠电力推进系统，将大大减少城市的污染和噪音，因此将得到承认和应用。
4.2发展思路
(1)飞机电力系统结构和电网技术。这主要是飞机系统的总体设计，为了满足飞机的大功率需求，飞机网络利用高压运输最大限度地减少电力损失，而飞机网络则实现了高水平的健康管理和可靠的保护功能。(2)飞机电力储存技术。为了在小、轻的储能设施中储存足够的能量，飞机必须提高储能设备的储能密度。这些储能设备应具有成本低、效率高、寿命长的特点，同时提高储能设备的装卸效率。(3)电机技术。高密度、高能效的发动机对飞机的电气化至关重要，可以产生飞机飞行所需的高功率能源，从而为飞机的前进提供动力。与此同时，许多小型发动机也是飞机飞行控制的动力之一。(4)电子和电气技术。飞机上使用了大量电器和电子设备，要求损耗小、重量轻、温度高。它用于实现飞机上的功率转换、功率控制和功率调节功能，为飞机提供高质量、高功率的电力。
在大型商用航空运输领域,飞机电气化有两个完全不同的应用方向:一是多电动飞机技术的电气化在当前常规架构的不断发展趋势;其次,采用不同级别的电力推进技术,以支持市场上潜在的新应用,包括混合动力飞机和所有电气化技术的有限范围的单轨飞机,以及其他新概念,如用于城市航空运输的电动垂直起降(VTOL)飞机。飞机市场中混合动力和电动技术架构的扩展和广泛采用取决于这两种技术的成熟度以及符合航空业特定尺寸、重量、功率和安全要求的合格稳定产品的推出。
5多电飞机技术
多电动飞机技术利用飞机动力系统和机电系统技术发展的优势,通过减少飞机系统的尺寸,重量和能耗来提高系统的运行效率。该技术用更高效、更轻的动力系统取代了传统的飞机气动和液压系统,从而实现了飞机系统的效率,减少了飞机的污染排放,简化了飞机的整体结构,提高了飞机的可靠性和健康管理性能,降低了飞机的维护成本,简化了飞机的维护过程。多电动飞机技术的优点是:(1)提高飞机供电系统的效率；(2)减少飞机系统的重量和体积；(2)提高飞机的可靠性；(4)改善飞机的维护；(5)增加新功能,优化系统层次结构；(6)降低飞机成本,经济效益显著。由于多电动飞机技术的上述优点,飞机消耗的燃料更少,排放量更少,总成本更低。因此,飞机动力系统技术必须从飞机上层系统的设计、完整集成等方面来考虑。多电动飞机技术系统分配到飞机推进系统的四个特定关键技术领域。正如飞机动力系统技术的发展所强调的那样,这些技术需要在特定主题上进行大量投资,以开发更多的多电动和电动飞机。在最新的多电动飞机技术中,大多数飞机系统都将采用电能供电,除推进系统外,飞机还具有电能储存功能。该概念可以重新平衡飞机上能源系统的使用,并在不同飞行阶段进行优化,充分利用多电动飞机系统的技术优势。目前多电动飞机技术主要包括电动驾驶舱,电气环境,电动作用,电动制动,电动防冰系统和各种电气辅助设备的控制。例如,波音787飞机的发动机启动/发电功能大大减轻了飞机的重量,提高了飞机的效率。因此,多电动飞机供电系统的集成是其主要成果之一。用电气系统取代飞机的液压系统更具挑战性。分布式电液系统被广泛用于取代大型和不可靠的集中式液压系统(其中一些已在空客A380和波音B787飞机上实现)。多电动飞机技术的改进和升级,包括电动机、电力电子转换器和配电系统的功率密度的提高,将是多电动飞机技术推广应用的主要动力。多电动飞机技术也将有助于改进旋翼飞机,其中后轮和轻型电动执行器等配件的技术进步对于实现旋翼飞机的多电动技术至关重要。
结束语
综上所述，飞机电气化将为航空系统供应商创造一个新的航空市场。为了在这个新的航空市场占有一席之地，中国需要在航空能源系统的研究和技术方面投入大量人力和物力资源。我们应该为飞机电气化技术制定明确的国家投资计划，重点是为高水平飞机电气化技术建立一个电力系统一体化和测试平台，以支持我国飞机电气化技术的一体化和测试
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