《航空故障電弧形成機理、特徵及保護特性的研究》是依託北京航空航天大學，由張俊民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：航空故障電弧形成機理、特徵及保護特性的研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：張俊民
- 項目類別：面上項目
- 批准號：51477004
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
航空電纜故障電弧是引發空難事故的原因之一。為了能及時發現故障電弧，減輕其帶來的危害，本項目針對航空故障電弧的關鍵科學與基礎性問題，從數學建模、數字仿真與實驗的角度，進行理論探索與技術創新研究。建立考慮故障電弧能量交換、電纜燒蝕、氣流、洛倫茲力等相互作用的磁流體動力學故障電弧模型，構建模擬實驗平台，研究故障電弧放電過程及其與電磁場、流場和電纜相互作用機理，揭示故障電弧的產生、發展、熄滅以及重燃的演化規律；分析故障電弧物理參量和電氣參量暫態特徵及影響因素，研究故障電弧動態特性；採用快速傅立葉變換、小波變換等方法，研究故障電弧的時域、頻域特徵，提出辨識故障電弧的特徵參數；分析故障電弧能量、電弧運動特性與電纜燒蝕規律的關係，研究故障電弧保護特性。本項目的研究成果，為現代飛機的故障電弧檢測技術奠定理論基礎和電氣系統綜合控制與健康管理提供技術支撐。
結題摘要
航空電纜故障電弧是引發空難事故的主要原因之一。為了能及時發現故障電弧，提高現代飛機供配電系統運行的安全性，迫切需要研究故障電弧的特性、識別與保護方法等關鍵科學問題。本項目從試驗、仿真及診斷的角度開展研究，構建直流28V、270V和交流115V /400Hz電源下串聯和並聯故障電弧實驗平台，研究了考慮多種負載、振動和環境壓力等因素的故障電弧演化規律，得到了故障電弧的動態特性及影響規律。分別採用小波包分解和集合經驗模態分解方法研究直流和交流故障電弧特徵參數，對於直流故障電弧，採用了coif1小波包分解基函式確定故障特徵頻率段為1562.5Hz—7812.5Hz，選取相應頻率段節點2、3、4、5的能量熵作為故障特徵量。對於交流故障電弧，採用第2、3、4本徵模態分量的能量熵作為故障特徵量。建立了磁流體動力學的故障電弧仿真模型及建立仿真平台，計算了300-30000K混合蒸氣電弧電漿熱力學參數和輸運參數，並仿真了燃弧過程，分析故障電弧能量擴散。建立了電纜絕緣的燒蝕模型，計算了電弧能量與電纜燒蝕的關係，當電弧能量通量小於10^9W/m^2時，應考慮燒蝕時間，且該時間隨電弧能量通量變化較大。採用LM算法最佳化的BP神經網路，直流和交流故障電弧的識別正確率分別達95%和90%以上。分析給出了以採樣周期10ms連續十個周期來識別直流故障電弧，以採樣周期5ms連續十個周期來識別交流故障電弧的診斷方法；通過計算故障電弧作用下電纜絕緣達到熱解溫度所需要時間，給出了反時限保護規律。結合故障電弧的識別、診斷和燒蝕研究，認為持續並聯故障電弧主要依靠電氣系統的過電流保護來防止故障電弧，間歇性或較大阻抗短路引起的並聯故障電弧以及串聯故障電弧需要依靠故障電弧的識別和診斷來完成保護。本項目的研究成果可為現代飛機的故障電弧檢測技術研究和電氣系統綜合控制與健康管理提供技術支撐。
