混合动力和电动飞机电气元件分析

这个例子使用:

开放的例子

这个例子说明了如何使用建模来快速探索混合动力和电动飞机领域的设计空间，并将结果与设计标准进行比较。这个过程可以减少设计迭代的次数，并确保最终的设计满足系统级需求。

混合动力和电动飞机是航空航天业积极发展的领域。为了加快在混合动力和纯电力系统之间进行选择、选择电力网络架构和确定电气元件尺寸的过程，请考虑使用MathWorks产品进行仿真。2022世界杯八强谁会赢？

使用预配置的模拟配置，本示例显示了纯电动或混合动力系统在有和没有有效载荷的情况下电池尺寸之间的权衡。它包括Pipistrel Alpha Electro和NASA X-57 Maxwell飞机。作为一个项目实现，该示例提供了各种快捷方式，您可以使用这些快捷方式进行模拟实验。

模型组件

Aircraft块指定项目中比较的飞机:

Pipistrel Alpha Electro[1]是世界上第一架双座纯电动训练飞机的预配置模型。
NASA X-57 Maxwell[2]， NASA X-57 Maxwell飞机的预配置模型，一种实验性电动飞机。
定制，一架飞机，你可以根据你的规格模型。

在Aircraft块中，每架飞机都被建模为四阶点质量(纵向)在飞行中，以所需的推力输出作为发动机上的负载。这个抽象模型假设飞行员采取必要的行动来完成任务。

您可以为选定的飞机指定几个空气动力学特性，包括空质量和最大质量、机翼面积和升力曲线值、阻力系数以及任务中爬升、巡航和下降部分的目标速度。block使用这些值以及任务高度来创建攻角(alpha)和推力的查找表，给定大气密度、目标速度和飞行轮廓角(gamma)。在飞行中的每个点，查找表返回alpha和推力，以便输入到计算加速度的四阶point Mass块中。通过将alpha和推力保持在计算的稳态值，实际速度很快达到所需速度。Aircraft块还定义了任务的爬升和下降率。

Mission Profile块设置机场和巡航高度以及总飞行距离。如果输入的值不可行，比如距离太短，飞机无法爬升到或从请求的巡航高度下降，那么将调整值，并通过消息描述更改。要想知道飞机在电池电量耗尽之前能飞多远，输入一个总飞行距离。

环境块计算选定高度的空气密度COESA大气模式．

使用默认设置运行模型

缺省情况下，为Pipistrel Alpha Electro飞机配置了Aircraft块。要查看这架飞机在默认设置下的性能，请使用“单次运行”项目快捷方式运行模型。Pipistrel在没有载荷的情况下运行。

两个数字显示显示电池状态，电流和功率水平在飞行期间。两个瞄准镜窗口显示任务进度(高度和空速)，功率输出和能量使用。注意，在整个任务完成之前，电池容量耗尽(达到20安培小时)。

为了捕获由模拟创建的数据，本示例使用Simscape数据记录(Simscape)能力。项目快捷方式提供的各种模拟用例运行运行所需用例的脚本，然后从Simscape日志中提取结果以创建图形。对于具有多个电动机的飞机，在传递给动力子系统之前，由飞机子系统计算出的总所需扭矩除以电机数量。停止模拟的标准是，batteryCapacityMin，相应地从20安培小时调高。

运行模型，巡航在3000英尺

Pipistrel被设计为初级飞行教练机。为模型配置的默认任务可能不是Pipistrel的典型任务。将任务的巡航高度从9000英尺改为3000英尺，然后进行一次飞行，看看这个改变的效果(持续时间减少)。

运行带有有效负载的模型

要用165磅的有效载荷运行Pipistrel，请使用“设置有效载荷质量”快捷方式，然后再次运行模型。要查看有效载荷值范围的效果，请使用“扫描有效载荷质量”快捷方式。这条捷径的有效载荷从0磅到330磅不等。扫描产生不同的数字，显示扫描参数的飞行时间和距离。每个标记代表一个模拟。将鼠标悬停在一个标记上，可以看到它的有效载荷质量(“X”)和飞行距离或持续时间(“Y”)值。

运行不同电池尺寸的模型

要查看飞行范围如何受到电池大小的影响，请使用“扫描电池大小”快捷键。该快捷方式的容量范围为60 ~ 160安培小时(如果选择X-57，则为100 ~ 200安培小时)。这个例子假设电池的质量与它的容量成线性比例，所以增加它的容量也会增加它的质量。如果有效载荷设置得足够大(Pipistrel超过183磅)，电池质量的增加可能会导致扫描中最大的电池使飞机超过其最大质量值(例如Pipistrel的1212磅)。的total_mass变量存储扫描中每个案例的总质量。如果电池容量足够完成任务，则会显示一个填充标记。请注意，纯电动飞机，如Pipistrel，没有燃料燃烧，因此在整个飞行过程中质量没有变化。

以最大有效载荷运行模型

在“运行不同电池尺寸的模型”中，电池容量扫描会产生固定有效载荷的飞行范围。要查找最大有效载荷的飞行范围，请使用“最大有效载荷扫描范围”快捷方式。这将清除设置有效载荷的电池容量，以便在每种情况下总质量等于最大质量(除非有效载荷为负，在这种情况下有效载荷被设置为零并且模型超重)。根据这些结果，您可以根据给定的负载要求选择最大电池尺寸。