中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：[據(jù)SAE網(wǎng)站2014年4月7日?qǐng)?bào)道]一般的渦輪發(fā)電分布式推進(jìn)（TeDP，Turboelectric Distributed Propulsion）系統(tǒng)架構(gòu)主要由位于機(jī)翼內(nèi)部的8臺(tái)風(fēng)扇/電動(dòng)機(jī)組件構(gòu)成，這些組件由一個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組供電。這里假設(shè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)不為其自身提供推力，而僅是帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。電流在機(jī)翼內(nèi)通過匯流條到達(dá)每個(gè)電機(jī)/風(fēng)扇組件和機(jī)載子系統(tǒng)。
TeDP系統(tǒng)是一種動(dòng)力總成，它僅通過一臺(tái)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)為所有電動(dòng)機(jī)供電，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)多個(gè)分布在機(jī)翼上、下或內(nèi)部的風(fēng)扇。
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)航宇公司（Empirical Systems Aerospace, Inc.，ESAero）自2003年成立以來，一直致力于將TeDP應(yīng)用在有人和無人飛行器上的研究。ESAero在研究中提出一種分布式推進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)，并利用仿真設(shè)計(jì)工具來估計(jì)采用這種分布式推進(jìn)系統(tǒng)的飛行器的性能，得到了包括推進(jìn)組件、電池容量、以及系統(tǒng)性能在內(nèi)的詳細(xì)信息。ESAero還確定了在未來工作中可能需要開發(fā)的工具。
最近ESAero完成了NASA的“環(huán)境負(fù)責(zé)航空項(xiàng)目”，它是“綜合系統(tǒng)研究計(jì)劃”的一部分。同時(shí)，這個(gè)項(xiàng)目也為飛機(jī)制造商和兩所大學(xué)的在研課題提供了替代方案。
解耦的能源管理
2011年NASA贊助的TeDP研討會(huì)的參會(huì)人員一致認(rèn)為：TeDP應(yīng)該將解耦的能量管理（decoupled energy management，DEM）概念作為實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力電推進(jìn)的關(guān)鍵。DEM的主要好處是為飛機(jī)的配置和操縱帶來了更多的選擇。
將燃?xì)獍l(fā)電機(jī)與推力產(chǎn)生裝置解耦可以帶來一系列提高飛機(jī)性能和效率的好處。傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇和燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)上使用機(jī)械連接，這樣就迫使風(fēng)扇、高低壓壓縮機(jī)和渦輪等所有組件均運(yùn)行在各自的峰值工作點(diǎn)。而采用電氣系統(tǒng)代替機(jī)械連接和軸之后，各個(gè)組件之間將不再相互約束，特別是各組件的轉(zhuǎn)速可以分開調(diào)節(jié)，從而使優(yōu)化了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
解耦的能源管理除了可以減少組件重量和燃油消耗外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：
在故障模式或下調(diào)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)功率的工況下，可使用輔助能源（電池、超級(jí)電容、燃料電池）
在沒有采用超大直徑風(fēng)扇的情況下，有效提高了涵道比
更優(yōu)的全航段能量控制
盡管采用DEM方案會(huì)帶來傳動(dòng)損失和推進(jìn)系統(tǒng)整體重量增加等不利因素，但其提高了推進(jìn)效率。提高推進(jìn)效率的前提是要改進(jìn)傳統(tǒng)技術(shù)，否則，從支線任務(wù)的角度看，效率的提高不足以抵消重量增加帶來的弊端。如果要求TeDP方案具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，那么在起飛總重量一定的前提下，節(jié)省的燃油要遠(yuǎn)高于推進(jìn)系統(tǒng)重量增加所帶來的負(fù)擔(dān)。
傳統(tǒng)的電氣元件尺寸
目前還沒有大型商用客機(jī)采用電力推進(jìn)，因此在電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和控制器的設(shè)計(jì)工作完成之前，很難估計(jì)其性能和重量。隨著混合動(dòng)力系統(tǒng)研究的全面開展，為了滿足現(xiàn)代飛機(jī)概念設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)的需求，應(yīng)該用幾年的時(shí)間建立飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)組件數(shù)據(jù)庫(kù)。
盡管可以利用現(xiàn)成的電氣元件來估計(jì)新元件的外形尺寸和進(jìn)行性能曲線的外推，但采用這種方法的潛在缺陷是新型客機(jī)組件的功率需求將遠(yuǎn)大于貨架組件。
ESAero建立了包括近100臺(tái)先進(jìn)電機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中功率最大的一臺(tái)可提供高達(dá)885馬力的強(qiáng)勁功率，其重量約為7300磅。而軍民兩用的需求為：1500-2000馬力的電動(dòng)機(jī)，10000-16000馬力的發(fā)電機(jī)。如果沒有基于現(xiàn)有組件的電機(jī)設(shè)計(jì)工作，外推電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的尺寸將可能存在較大誤差。
總結(jié)和結(jié)論
目前應(yīng)當(dāng)從多個(gè)方面開展預(yù)先研究工作，這些領(lǐng)域包括低溫冷卻、超導(dǎo)技術(shù)、先進(jìn)電機(jī)和組件等。盡管TeDP在改善任務(wù)的性能和效率及綜合等方面表現(xiàn)出了其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但其所需的高性能電機(jī)、以及不斷增加的推進(jìn)系統(tǒng)重量為TeDP的未來可行性蒙上了一層陰影。隨著電氣元件在技術(shù)上的改進(jìn)以及在支線飛機(jī)上的應(yīng)用，航空工業(yè)也應(yīng)在科學(xué)研究和工具開發(fā)上投入更多的時(shí)間，從而為混合動(dòng)力運(yùn)輸機(jī)的分析提供幫助。（中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心 黃鐵山）
