航空地面电源车动力传输供电系统设计.pdf

第3 3 卷第1 1 期计算机仿真 2 0 1 6 年1 1 月 文章编号：1 0 0 6 9 3 4 8 ( 2 0 1 6 ) 1 1 0 0 4 8 0 5 航空地面电源车动力传输供电系统设计 刘章龙，赵徐成，杨阳，王双川 ( 空军勤务学院航空四站系，江苏徐州2 2 1 0 0 0 ) 摘要：为了实现航空地面电源车动力传输供电系统的集成设计，使航空电源车适应不同战场环境、达到平台设计轻量化的要 求，利用动力集成思想，对航空电源车动力传输供电系统进行了方案设计与优化，依托R e e u r D y n 多体动力学仿真分析软件 平台，对设计的航空电源车动力传输系统进行了动力学仿真计算，并对动力传输系统中同步带的传动性能、稳定性能和受力 情况进行了仿真分析；设计了基于同步带变速传动技术的航空电源车动力传输供电系统。实现了航空电源车动力系统与发 电系统的综合集成；仿真实验结果验证了所设计的航空电源车动力传输供电系统的动态传动性能和现实可行性。 关键词：电源车；动力传输系统；动力学性能；同步带仿真 中图分类号：T P 3 9 1 9文献标识码：B D e s i g no fP o w e rT r a n s m i s s i o na n dP o w e rS u p p l yS y s t e m f o rA i r c r a f tG r o u n dP o w e rS u p p l y L I UZ h a n g l o n g ，Z H A OX u - c h e n g ，Y A N GY a n g ，W A N GS h u a n g - c h u a n ( D e p a r t m e n to fA v i a t i o nF o u rS t a t i o n s ，A i rF o r c eL o g i s t i c sC o l l e g e ，X u z h o u J i a n g s u2 2 1 0 0 0 ，C h i n a ) A B S T R A C T ：I no r d e rt or e a l i z et h ei n t e g r a t e dd e s i g no fp o w e rt r a n s m i s s i o na n dp o w e rs u p p l ys y s t e mf o ra i r c r a f t g r o u n dp o w e rv e h i c l e ，m a k et h ea i r c r a f tp o w e rs u p p l yt om e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ed i f f e r e n ts p o te n v i r o n m e n t sa n d t om e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ep l a t f o r md e s i g n ，a c c o r d i n gt ot h ep o w e ri n t e g r a t i o nt h o u g h t ，t h ep o w e rt r a n s m i s s i o n s y s t e mo ft h ea i r c r a f ti sd e s i g n e da n do p t i m i z e d B a s e do nt h eR e c u r D y nm u h i - b o d yd y n a m i c ss i m u l a t i o na n a l y s i s s o f t w a r ep l a t f o r m ，t h ed y n a m i ct r a n s m i s s i o ns y s t e mi sm o d e l e d ，a n dt h et r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c e ，s t a b i l i t ya n df o r c e o ft h es y n c h r o n o u sb e l ta r es i m u l a t e da n da n a l y z e d T h ep o w e rt r a n s m i s s i o ns y s t e mb a s e do ns y n c h r o n o u sb e l tI Y a n s - m i s s i o ni sd e s i g n e d A n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t sv e r i f yt h ed y n a m i cp e r f o r m a n c ea n df e a s i b i l i t yo ft h ed e s i g n e ds y s t e m K E Y W O R D S ：E l e c t r i c a lp o w e rs u p p l yv e h i c l e ；P o w e rt r a n s m i s s i o ns y s t e m ；D y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s ；S i m u l a t i o no f s y n c h r o n o u sb o l t 1引言 航空地面电源是一种集发电与供电功能于一体的移动 式航空地面电站，主要是为飞机地面通电检查机载用电设备 和地面起动飞机发动机服务的，其保障性能直接影响飞机性 能的发挥和飞行安全。军用的车载式航空地面电源装备通 称航空电源车。现役航空电源车采用行车与供电双发动机 设计存在重量大、机动越野性能差、战场生存能力不足的缺 点。为了适应不同战场环境、达到平台设计轻量化的要求， 需要对电源车关键部件( 动力系统) 进行集成优化设计，提高 电源车的保障性与可靠性。 电源车动力系统主要为“机动”与“发电”两个功能提供 动力支持。在工作过程中，电源车主要处于机动和驻车发电 两种状态。基于动力集成设计思想，电源车动力集成化设计 收稿日期：2 0 1 6 0 3 0 6 修回日期：2 0 1 6 0 6 - 1 7 - - 4 8 - - 的关键主要就是采用单台发动机取代传统的两台柴油机为 装备底盘行驶与发电机发电分别提供动力，其中动力传输系 统主要完成发动机与发电机的动力衔接和变速传动。本文 重点研究通过柴油机取力发电的动力传输系统，通过设计新 型同步带传动技术实现轴动力平移，依托R e c u r D y n 多体动 力学仿真分析软件平台。对系统动力学特性和影响因素进行 仿真分析和优化设计。 2 航空电源车动力传输供电系统设计方案 航空电源车的动力集成设计框架为：选用E Q 2 1 0 2 G A J 高性能越野汽车底盘作为航空地面电源的机动载体，在不影 响整车机动性能的前提下，将从分动器引出的动力可靠的传 输给发电机。以实现发电。电源车动力分配与传输原理图如 图1 所示。 在多种传动方式中。轴传动与同步带传动的战场环境适 万方数据 厂 发动机f - H y 变速箱 一I y 图l电源车动力分配与传输原理图 应性比较好，因此在电源车动力传输系统的设计中应用这两 种技术分别提出万向轴与同步带传动两种设计方案。 2 1 万向轴传动方案 万向轴传动方案技术原理如图2 所示。通过一对万向 联轴器实现分动器与发电机的动力衔接。由于越野型底盘 构造特殊，为保证底盘机动性能不被削弱与破坏，发电机安 装轴间折角只能降到1 4 。 图2 万向轴传动方案技术原理图 2 2 同步带传动方案 同步带传动方案技术原理如图3 所示。分动器的分动 轴采用直轴传动设计，刚性连接同步带主动轴与主动轮，通 过同步带以一定转速比带动从动轮运转，将发动机动力输送 给发电机以实现发电机定速运转。 图3同步带传动方案原理图 通过对万向轴传动与同步带传动两种传动方案的研究 与分析，可以确定电源车动力传输系统设计方案：采用以同 步带传动为动力传输系统主要技术手段、加入万向联轴器实 现动力衔接。该设计方案具有以下优点：可以将动力输出点 抬高来降低万向联轴器传动折角、缩短中间轴长度，提高功 率传输的动态传动性能；具有丰富的传动比可调范围，可以 代替传统的减速器实现分动器转速的变速传输，能够最大限 度的发挥发动机功率潜力；具有极高的传动效率。 3同步带动力传输系统优化设计 3 1 同步带动力学特性分析 同步带的传动精度与运行平稳性受同步带轮的冲击震 动和横向受力影响，同步带动力传输的优化设计主要是依据 成熟的国家标准与机械设计手册的经验公式与计算方法，针 对战场环境探寻同步带传动性能指标与设计参数之间的变 化关系，对系统影响因素进行分析优化。 同步带轮的冲击震动中最主要影响是带轮的啮合冲击， 分析时将同步带轮的冲击震动简化为质量一刚度一阻尼系 统其震动方程和系统固有频率分别为 M x + C ；+ 尬：F( 1 ) 蕊 ( 2 ) 其中 肘为同步带等效质量，由同步带一边质量m 和同步带轮 半径r 决定： ，为同步带轮转动惯量： K 为同步带啮合刚度； f 为同步带啮合阻尼系数； F 为等效激励力： c 为同步带轮啮合阻尼。 同步带轮横向受力的主要原因是同步带轮与同步带旋 转轴的失衡，根据参数不同同步带横向自震可等效为弦震动 和梁震动。其固有频率分别为 = 罟( 警) 2 ( s ) W s s ：吾警 ( 4 ) 其中 E ，为同步带抗弯刚度： r 为同步带张力： 为同步带跨距： P 为同步带材质密度。 3 2 同步带传动工作条件优化设计 对同步带动力传输系统进行几何尺寸及安装参数设计 首先需要确定传递的功率P 输人，两带轮转速n 。、n ：以及工况 系数E 。 传递功率P 输 指的是同步带动力传输系统为满足飞机 对电源功率的需求，从前车发动机接收的功率其大小的确 定应该以分动器对同步带动力传输系统输入的功率为准 氏：上选( 5 ) 人2 磊蒜 5 ) 一4 9 万方数据 其中 P 一为电源车最高输出功率，为7 0 k W ； P t 藏为整流器消耗功率，为4 3 k W ； ，7 万向- 为万向轴传动效率，约为9 6 ； 田两步带为同步带传动一般效率，设计计算值取一般效率 为9 6 ： 刀V 为发电机效率，在达到最高设计高度的极限环境时 为8 5 。 因此，设计传输功率P i t 人= 9 5 k W 。 设计中发电机转速为2 0 0 0 r m i n ，要实现发动机、分动器 与发电机之间的变速传动，首先要确定发动机工作转速。 发动机工作转速的大小直接决定着其输出功率。功率优 化设计需要满足两个“最高”条件即满足最高海拔机场使 用环境( 4 3 3 4 m ) 和满足飞机最高功率( 7 0 k l r ) 保障需求。 发动机平原功率P o 与海拔h 功率P 的修正关系 P o 【一学4 】= P 。( 6 ) 通过对照E Q B l 9 0 2 0 型汽车发动机功率特性曲线来确 定发动机输出功率点可知。在2 1 0 0 r m i n 以上功率不小于 1 2 1 6 k W ，因此发动机工作转速不应低于2 1 0 0 r m i n 。 根据发电机转速为2 0 ( D r m i n 可知，对于不同发动机转速， 同步带动力传输系统主动轮与从动轮齿数比的关系见表1 。 裹l发动机各转速对应同步带轮齿数比表 发动机 2 1 0 02 2 0 02 3 0 02 4 0 02 5 0 0 2 6 0 02 7 0 02 8 0 0 转速 齿数比2 0 2 11 0 1l2 0 2 35 64 51 0 1 32 0 2 7 5 7 同步带动力传输系统主动轮齿数毛与从动轮齿数乞具 有