模型组件

Aircraft块指定项目中比较的飞机:

在Aircraft块中，每架飞机都被建模为四阶质点(纵向)在飞行中，以所需的推力输出作为电动机的负载。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、阻力系数以及任务的爬升、巡航和下降部分的目标速度。该模块使用这些值，以及任务高度，创建攻击角(alpha)和推力查找表，给定大气密度，目标速度和飞行轮廓角(gamma)。在飞行过程中的每个点，查找表都会返回alpha和推力，以输入到计算加速度的四阶点质量块。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的速度。飞机块还定义了任务的上升和下降速度。

任务剖面块设置机场和巡航高度和总飞行距离。如果输入的值不可行，例如距离太短，飞机无法从请求的巡航高度爬升或下降，则会调整值，并有消息描述更改。要想看看飞机在电池电量耗尽前能飞多远，请输入一个很长的总飞行距离。

环境块计算所选高度上的空气密度COESA大气模式．

使用默认设置运行模型

默认情况下，为Pipistrel Alpha Electro飞机配置了Aircraft块。要查看该飞机在默认设置下的性能，请使用“Single run”项目快捷方式运行模型。Pipistrel在没有有效载荷的情况下运行。

两个数字显示了飞行过程中的电池状态、电流和功率水平。两个范围窗口显示任务进度(高度和空速)，功率输出和使用的能量。注意，在整个任务完成之前，电池会耗尽容量(达到20安培小时)。

为了捕获模拟创建的数据，该示例使用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脚本，这些脚本运行所需的用例，然后从Simscape日志中提取结果以创建图形。对于有多个电机的飞机，由飞机子系统计算出的总所需扭矩在传递给动力子系统之前除以电机的数量。停止模拟的标准，batteryCapacityMin，从20安培小时相应调整。

运行模型与巡航在3000英尺

Pipistrel被设计成主要的飞行训练机。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英尺调整为3000英尺，然后进行一次单独的运行，看看这一改变的效果(持续时间减少)。

运行带有有效负载的模型

要运行具有165磅有效载荷的Pipistrel，请使用“设置有效载荷质量”快捷方式，然后再次运行模型。要查看一系列有效载荷值的效果，请使用“扫描有效载荷质量”快捷方式。这一快捷方式使有效载荷从0到330磅不等。扫描会产生不同的数字，显示扫描参数的飞行时间和范围。每个标记代表一个模拟。将鼠标悬停在一个标记上，以查看其有效载荷质量(“X”)和飞行范围或持续时间(“Y”)值。

使用不同电池尺寸运行模型

要查看飞行距离如何受电池大小的影响，请使用“扫描电池大小”快捷方式。该快捷键将容量从60到160安培小时(如果选择X-57，则为100到200安培小时)。该示例假设电池质量与其容量成线性比例，因此增加电池容量也会增加电池质量。如果有效载荷设置得足够大(Pipistrel超过183磅)，电池质量的增加会导致扫掠中最大的电池使飞机超过其最大质量值(例如Pipistrel为1212磅)。的total_mass基本工作区中的变量存储扫描中每个情况的总质量。如果电池容量足够完成任务，则填满标记表示这一点。请注意，纯电动飞机，如Pipistrel，不需要燃料燃烧，因此在整个飞行过程中质量没有变化。

运行具有最大有效载荷的模型

“运行不同电池尺寸的模型”中的电池容量扫描产生固定有效载荷的飞行范围。要找到最大有效载荷的飞行范围，请使用“最大有效载荷的扫描范围”快捷方式。这扫电池容量与有效载荷设置，使总质量等于最大质量在每种情况下(除非有效载荷变为负值，在这种情况下，有效载荷设置为零，模型超重)。从这些结果中，您可以为给定的有效载荷要求选择最大电池尺寸。

运行不同电池和有效载荷大小的模型

为了同时看到飞行距离对电池大小和有效载荷质量的依赖，使用“扫描电池和有效载荷”快捷方式，它会生成一个等高线图。飞机超过最大重量的区域用红白相间的“超重”覆盖层表示。

运行模型与混合动力电动选项

由于电池功率密度远低于航空燃料，纯电动飞机的飞行距离比燃料动力飞机要小。为了弥补这一差距，可以考虑混合动力系统。为了给电池充电，这个例子中的混合动力子系统变体在纯电动动力子系统组件上增加了一个130磅、50千瓦的二冲程活塞发动机和发电机。

要尝试混合动力系统，请执行以下工作流之一:

改变电源子系统变体并运行电池范围扫描

1.使用“混合动力电动”快捷键。此快捷方式更改Power子系统变体。

2.要重复之前对纯电力进行的扫描，请使用“最大负载扫描范围”。

在这种情况下，更大的电池尺寸能够执行比目前定义的(120 NM)更长时间的任务。尝试在任务配置文件中输入更长的总飞行距离(例如200海里)，然后重新运行此扫描。

运行电池范围扫描两个功率变量

1.使用“混合动力/电动范围比较”快捷方式对两种功率变体运行扫描。

2.用一个图来比较结果。结果表明，混合动力系统可以提高航程，但以牺牲有效载荷为代价。

探索任务如何影响航程和续航

要探索任务如何影响航程和续航，请在飞机块中选择自定义飞机模型。这架飞机的默认配置值与Pipistrel相同，除了速度。根据需要调整速度和任务高度，然后运行并将结果与使用默认设置的Pipistrel进行比较。

如果被评估的自定义飞机与Pipistrel有显著差异，则相应地调整CustomAircraftasbHybridAircraftDefaults中的值。m”文件。

其他模型细节

电源子系统

动力子系统采用纯电动和混合动力两种不同的模型，由变量控制POWER_MODE在基本工作区中。

纯电动模型包括电池、高低压直流网络和飞机的机械模型。机械模型在高压直流网络上起负载作用。低压直流网络包括一组负载，在飞行任务期间打开和关闭。

该系列混合动力车型包含了纯电动车型的所有部件，外加一台50千瓦发动机、一台发电机和燃料。的通用引擎(Simscape动力传动系统)驱动发电机，补充可用的电力从电池。发电机在飞行过程中给电池充电。发动机消耗的燃料质量也包括在模拟中。低压直流网络包括在飞行周期中开启和关闭的一组负载，包括用于内燃机的燃油泵。

这两种型号由三到四个子系统组成，分别是负载转矩、电机、发电机和直流配电。

负载力矩子系统

该子系统将所需的机械功率转换为电机轴上的负载扭矩。这个模型假设一定数量的电机机械能被转换成推力。将维持推力所需的功率除以电机转速，得到电机轴上的负载转矩。电机控制系统在变化的负载下调整以保持所需的轴转速。

汽车子系统

该子系统表示电动机和驱动电子设备在转矩控制模式下运行，或等效地，电流控制模式。电机允许的转矩和转速范围是由转矩-转速包络来定义的。

燃油泵子系统

这个子系统对燃油泵进行建模。电动马达驱动泵，泵推动燃料通过阀门。阀门的开度在飞行过程中变化，这改变了电机从直流网络中吸取的电流。

发电机子系统

该子系统代表发电机和驱动电子设备在转矩控制模式下运行，或等效地，电流控制模式。它由内燃机驱动，为飞机网络提供额外的电力。

直流配电子系统

该子系统模拟断路器的打开和关闭，以连接和断开低压直流网络的负载。不同的条件会影响从网络中获取的功率、飞机的航程以及飞机中电源线的功率需求。

参考文献

[1]https://www.pipistrel-aircraft.com/aircraft/electric-flight/alpha-electro/

[２]https://www.nasa.gov/specials/X57/index.html