一、使用DeepSeek翻译英文科技论文以MarkDown格式输出以科技论文“Electrical Power System Sizing within the Numerical Propulsion System Simulation”为例。需要Writage 4.8 license key注册码的小伙伴可发送邮件至邮箱pyengine163.com.首先打开DeepSeek对话框将论文文件作为附件上传。其次输入以下提示词即可获得以MarkDown格式显示的原文内容。以MarkDown代码格式输出原文内容然后输入以下提示词即可获得以MarkDown格式显示的中文翻译结果。将以下内容翻译成中文以Markdown格式输出 复制刚才生成的原文内容最后即可得到以MarkDown格式的文本。数值推进系统模拟中的电力系统规模设计Jeffrey T. Csank,({}^{*}) David J. Sadey,({}^{\dagger}) George L. Thomas,({}^{\ddagger}) Thomas M. Lavelle,({}^{\lxsectionsign}) 和 Jennifer D. Bergeson,**美国俄亥俄州克利夫兰市NASA格伦研究中心邮编44135Jesus Garcia Calderon({}^{\dagger\dagger})通用电气航空GEIQ墨西哥克雷塔罗州克雷塔罗市邮编76146摘要电动飞机推进旨在实现商业航空业的宏伟目标包括显著降低燃油消耗、排放、噪音和起飞场长度。为了推动这些电动推进概念的发展需要能够模拟包含燃气轮机和电力系统组件的推进系统的分析工具。本文介绍了在数值推进系统模拟NPSS软件中定义的电端口、一组电力系统工具以及模拟示例。NPSS是飞机推进系统建模和模拟的行业标准软件包设计、规模设计、集成和分析电力系统的能力将推动行业开发电动飞机推进系统。I 引言飞机电气化是一种前瞻性的先进推进概念旨在减少飞机噪音、氮氧化物排放和燃油消耗。在其最基本的定义中飞机电气化指的是利用电力推进飞机的概念。这包括混合电动概念例如波音-通用电气GE的“糖伏特”Sugar Volt以及涡轮电动概念例如STARC-ABL该概念具有两个主发动机和一个用于边界层吸入的电动后推力器。混合电动和涡轮电动概念都利用电力系统将电力从电源例如电池或发电机传输到驱动推进器或辅助涡轮的电机从而为飞行器提供推力。电力系统影响推进系统的整体重量、热系统需求和效率这些权衡需要在设计目标中加以考虑尤其是在优化设计中。更具体地说这要求电力系统在推进系统的概念设计阶段就被纳入考虑。数值推进系统模拟NPSS是推进系统概念设计中最广泛使用的工具之一。本文将讨论电端口的设计该设计使得在NPSS环境中设计、规模设计、集成和分析电力系统成为可能。II 电端口虽然热流体建模是NPSS的主要应用领域但它本身并不具备评估电气模拟的能力。因此需要在NPSS中开发电气框架建模能力。电端口是该框架的基础编程对象代表任何一对电气组件之间的连接。它在电气组件之间传递电压、电流、相位、功率和功率因数等信息并作为网络平衡技术中基尔霍夫电流和电压定律的载体。这与NPSS中的流体端口类似流体端口在两个流体驱动元件之间传递热力学信息并作为热流体网络中流体连续性平衡的辅助工具。端口对象通常位于主对象内部负责计算适当的传递函数电压-电流关系并将输出传输到连接在端口的下一个元件。图1展示了一个示意图解释了通过端口E1_O和E1_I连接的通用元件E1和E2之间的连接。_O和_I表示电气元件的输出和输入命名约定假设为标准功率流约定。元件E1和E2可以表示其对应入口和出口端口之间的任何RLC网络组合效应。元件之间的连接通过端口由用户在构建网络模型时建立。一旦连接建立任何一个端口的电气状态电压、电流、相位等的变化都会立即反映在相应的链接端口对中为元件E1和E2提供及时且适当的边界条件信息以执行其传递函数计算。电端口已开发出通用功能能够处理交流或直流AC/DC功率传输。内部计算均在复数平面中进行复数作为相量或空间向量直流功率传输是特殊情况其中复数的虚部为零。鉴于正弦分析中电气电路涉及大量复数运算NPSS中开发了复数变量定义以简化编程数学足迹。复数对象包含电压、电流和功率在复数平面中的实部、虚部、绝对幅值和相位角信息。电端口以及复数例程计划集成到下一个NPSS版本中供NPSS用户使用。电力系统数据通过将均方根RMS电流和电压线对线数据以三种方式之一发送到电端口进行传输。RMS数据可以以极坐标格式幅值和相位写入电端口角度可以是弧度或度也可以以复共轭形式写入如表1所示。在电端口中除非用下标_In_注明为线对中性点电压否则电压假定为线对线电压。如前所述电端口计算直流、单相交流和三相交流的功率尽管可以添加其他电气电流概念。端口中计算的电力系统变量及其标准单位如表2所示。III 电节点实际的电气网络中通常有多个元件相互连接。仅靠电端口无法处理这种连接因为每个端口只能连接一对元件。为此开发了电节点定义来处理多个端口到端口的连接。图2展示了一个具体示例其中三个元件连接到一个节点。电节点生成三个电端口每个端口与外部元件的电端口配对。节点有两个主要目标1为所有内部端口设置输入电压Vnode2计算所有内部端口的净电流。这两个过程通常由求解器执行通过迭代节点电压来驱动端口净电流的平衡为零以保持网络中每个节点的基尔霍夫电流定律。回顾电端口的行为当节点设置其内部端口的电压时相应的链接外部端口将立即反映相同的电压变化这将作为外部元件的边界条件。IV 电气工具箱为了利用电端口和节点创建了一个电气工具箱其中包含各种电力系统和电路元件。这些元件包含标准规模设计方程设计时、性能图、静态和动态性能方程非设计时以及可配置的输入/输出类型。该工具箱是开源的可以通过NASA软件目录找到。当前工具箱元件及其相应端口模式的完整列表如表3所示。通过各个端口的元件接口连接以及相关数据在图3中的流程图中展示。在此示例中直流总线电压源通过直流模式下的电端口与逆变器连接。逆变器包含自己的性能图例如功率与效率通过热端口输出热损耗并通过三相交流模式下的电端口输出其电气数据。此电气连接继续到电机元件该元件还具有热输出和通过轴端口与风扇的机械连接。系统可以通过牛顿-拉夫森求解器进行设计、模拟和评估。NPSS求解器的一般使用在参考文献7和8中有详细说明不在本文讨论范围内。然而求解器变量的设置将在下一节中描述。V NPSS电端口的应用开发NPSS电端口的目标之一是使其足够通用以便用于不同层次的分析。例如一个用户可能希望使用该端口连接基本的电气电路元件而其他用户可能只希望开发更高级别的电气分配元件模型。因此为了验证NPSS电端口选择了三个示例应用涵盖了预期的不同用途一个简单的RLC电路、一个三相电力系统应用和一个飞机示例。这些示例可以从NASA的GitHub页面找到。简单RLC电路在NPSS中使用电端口的一个可能用途是进行稳态电路分析。可以创建一个电路模型NPSS将求解稳态电流和电压这些电流和电压可以是交流AC或直流DC。为了展示这一功能创建了一个包含基本电气电路元件的电路包括交流电源、电容器C、电感器L和电阻器R如图4所示。在NPSS中创建了一个模型文件来连接这些组件并插入了2个节点。节点1将C1的输出连接到L和R的输入节点2将L的输出连接到C2的输入。该系统中的求解器变量设置为节点电流依赖项和节点电压独立项。为了使工具箱和电端口正确解释电端口变量对于此单相交流系统每个端口必须指定为单相交流端口。在此示例中使用NPSS中的全局“setOption”命令将所有端口设置为适当的类型。NPSS的结果与SPICE的结果对比见表4。这些数据表明NPSS与电端口能够执行电路分析。三相电力系统示例前一节中的简单电路示例展示了某些应用中有用的功能但对于平衡的三相系统使用完整的电路模型是不必要的。图5左侧展示了一个简化的示例展示了电端口在三相系统中的操作。在该系统中208伏线对线三相电源通过0.5288欧姆的线路阻抗向5245欧姆的Y型连接负载传输电力。电源、负载和电缆在NPSS中连接如图5右侧的图所示。此示例中的组件与前一示例中的组件的区别在于电端口设置为三相电端口。在三相模式下端口中的电压和电流被解释为三相线对线电压和相电流而不是单相量。通过适当设置端口电气功率类型通用电压源、电缆线路和负载组件将计算正确的输出与所需的功率类型一致。与前一示例一样该系统中唯一的依赖项是节点电流依赖项和节点电压独立项。唯一具有未知数的节点因此是该系统中的求解器变量是传输线和负载之间的节点。请注意电源和负载之间的中性连接由图5右侧图中循环的箭头表示。NPSS和SPICE的结果对比见表5验证了NPSS电端口的三相模式操作并展示了其在电力系统分析中的适用性。涡轮电动飞机动力系统示例NPSS电力系统工具箱和电端口的主要用途之一是构建涡轮电动和混合动力系统的模型。创建了一个简单的涡轮电动模型来展示这些系统的建模。该系统的示意图如图6所示。系统包括涡轮T、发电机G、整流器R、逆变器I、电机M和推进器P。请注意涡轮和推进器可能是风扇通过其相关的轴组件图6中的推进器轴和涡轮轴连接到发电机和电机。此外电机和逆变器以及发电机和整流器通过三相交流电缆Cable1和Cable3连接逆变器和整流器通过直流电缆组件Cable2连接。未显示的是用于设置涡轮和风扇气流的flow-start、nozzle和flow-end组件。请注意该模型不包括环境或入口块因此无法模拟不同高度或其他飞行条件。此示例旨在展示如何将燃气轮机和电力系统组件集成在一起。在创建此示例的NPSS组件后必须在运行前设置求解器。此示例的求解器独立和依赖变量设置如表6所示。如表6所示逆变器Inv1、整流器Rect1和电机EM1都具有电压独立项整流器和逆变器在设计和非设计时都具有功率和相位依赖项。逆变器和整流器的相应变量对意味着求解器必须选择整流器和逆变器电压分别为输入和输出以使功率和相位依赖误差为零逆变器和整流器的功率为(P_{in})*(\etaP_{out})整流器的相位为(V_{in(phase)}I_{in(phase)})逆变器的相位为(V_{out(phase)}0)。电机和发电机各自具有一个求解器独立和依赖对ind_trg_temp, dep_trg_map这些对是正确运行其相应非设计图所必需的。电机还具有实部和虚部电压独立项。默认情况下这些独立项没有依赖变量与之配对因此除了此处描述的默认变量外还必须定义一些依赖变量以便系统完全定义。在大多数情况下如下文所述的涡轮电动示例中将有一个依赖项强制电机以给定的功率因数运行。另一个依赖项可能强制电机输出轴功率或速度等于给定值。此外电缆具有独立和依赖对电流和电缆上的电压误差这些对在设计中用于规模设计。求解器使用这些来选择通过电缆的电流作为电缆规模设计逻辑中的载流量约束。规模设计逻辑然后选择一个电缆设计该设计在给定计算电流的情况下将产生一定的电压降。电压依赖项确保给定电缆设计和求解电流的电压降与电缆在其端口看到的电压差匹配。在非设计中不再需要规模设计逻辑因此电缆将根据其端口看到的电压和电缆阻抗计算电流。标准的NPSS轴速度积分器也包含在设计和非设计中。涡轮压力比PR独立项是NPSS中始终添加的标准涡轮独立项它使求解器能够改变涡轮产生的功率同时改变涡轮对气流的影响。请注意推进器入口流量独立项ind_AmW、涡轮流量误差依赖项Turb.S_map.dep_errWp和推进器喷嘴面积依赖项Noz.dep_Area都是NPSS涡轮机械组件通常在非设计中添加的变量。本段中提到的所有求解器变量都是自动设置的并且是其各自组件的标准变量。非标准的求解器变量包括以下内容。设计中使用的target_pwr和prop_pwr依赖项和独立项旨在设置系统的设计功率在涡轮端而不是在负载推进器端设置系统功率如非设计中所做的那样。MotorAngle用于强制电机以给定的功率因数运行并在设计和非设计中使用。此外在设计期间相关的轴速度独立项不使用因为在此模拟中轴速度被视为设计变量。在非设计中涡轮轴独立项在求解器中设置但推进器轴独立项未设置。这是因为该模型旨在表示以恒定速度运行且负载变化的推进器推进器上的负载功率通过推进器组件中设置的功率值计算。其他模拟场景恒定功率或恒定扭矩下的速度变化可以通过添加额外的求解器变量来实现。所有电力电子设备整流器和逆变器和电机电机和发电机的设计效率均设置为95%。此外电力电子设备和电机中包含效率图以模拟组件效率随操作点的变化。在电力电子设备中映射定义为查找表输入组件输出功率并返回效率。电机使用的映射输入扭矩和速度并输出效率。请注意本工作中使用的映射是手动生成的以反映文献中发布的SOA设备映射。这些映射在大多数操作范围内产生的效率接近最大值因此在运行模型时效率没有观察到太大变化。该模型包含在一个运行文件中首先在设计模式下运行以规模设计所有组件。然后在非设计模式下重复运行每次将功率降低10%直到模型达到空闲功率设置在本例中定义为小于最大功率的1/3。创建了一个NPSS页面查看器文件以输出模拟中每个点的所有相关系统变量电压、电流、相位角、电功率、轴功率等。运行模型后检查查看器脚本的输出以确保结果与组件性能计算和端口连接一致。特别感兴趣的是随着风扇负载功率降低时整个系统中的功率。该功率数据如表7所示。该数据显示随着负载功率的变化每个组件的运行效率始终接近95%。从涡轮提取的功率始终显著高于电机在风扇轴上产生的功率因为涡轮必须为风扇提供功率以及组件内的所有损耗。数据表明通过使用电力系统库构建的电力系统模型可以在典型的NPSS涡轮机械组件之间成功传递功率。这展示了该库如何使NPSS能够研究更多电动推进系统。此外通过在设计时成功运行模型然后在广泛的输出功率范围内进行非设计运行该库展示了支持使NPSS如此有用的系统研究的能力例如运行飞行剖面、进行敏感性研究等。VI 总结与未来工作本文介绍了在数值推进系统模拟NPSS中开发电气框架建模能力。NPSS是推进系统设计和分析中最广泛使用的工具之一。添加在设计推进系统的同时设计、规模设计和评估电力系统性能的能力可以实现更稳健和优化的设计。这一能力已得到展示并将在未来的NPSS版本中集成。此外一个包含本文示例的开源电力系统库以及标准电气组件已可用。与电力系统规模设计能力相关的未来工作包括将该能力集成到电动飞机设计中继续构建电力系统库以包含更多组件和更高保真度以及与航空公司的合作。参考文献1 Anticliff, K.R., Guynn, M.D., Marien, T.V., Wells, D.P., Schneider, S.J., and Tong, M.T., “Mission Analysis and Aircraft Sizing of Hybrid-Electric Regional Aircraft,” AIAA 2016-1028, AIAA SciTech, 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting, San Diego, CA, January 4-8, 2016.2 Welstead, J.R., and Felder, J.L., “Concept Design of a Single-Aisle Turboelectric Commercial Transport with Fuselage Boundary Layer Ingestion,” AIAA 2016-1027, AIAA SciTech, 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting, San Diego, CA, January 4-8, 20163 Sadey, D.J., Csank, J.T., Hanlon, P.A., and Jansen, R.H., “A Generalized Power System Architecture Sizing and Analysis Framework,” AIAA-2018-4616, AIAA Propulsion and Energy Forum, July 9-11, 2018.4 C. A. Perullo, D. Trawick, W. Clifton, J.C. Tai and D. N. Mavris, “Development of a suite of hybrid electric propulsion modeling elements using npss,” in Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition, Düsseldorf, Germany, 20145 W. H. J. Hayt, J. E. Kemmerly and S. M. Durbin, Engineering Circuit Analysis, New York: McGraw-Hill, 2002.6 NPSS User’s Guide V 3.1, Southwest Research Institute, 2018.7 “nasa/NPSS-Power-System-Library”, https://github.com/nasa/NPSS-Power-System-Library, [软件仓库] [检索日期2019年6月23日].8 “NASA Software Catalog”, https://software.nasa.gov/, [在线数据库], [检索日期2019年6月23日].二、使用Writage 3.3.1插件转换为Word文件在DeepSeek对话输出的以MarkDown代码格式表示的中文翻译解放点击右上角的复制按钮然后打开记事本txt并粘贴保持为以md为后缀名的文件。打开MicroSoft Office Word假设已经安装了Writage 3.3.1插件选择“Open MarkDown”如下图所示打开md文件后选择Word文件另存为即可保存用于打印。关于Writage 3.3.1的进一步了解可发送邮件至邮箱pyengine163.com.
一、使用DeepSeek翻译英文科技论文以MarkDown格式输出以科技论文“Electrical Power System Sizing within the Numerical Propulsion System Simulation”为例。需要Writage 4.8 license key注册码的小伙伴可发送邮件至邮箱pyengine163.com.首先打开DeepSeek对话框将论文文件作为附件上传。其次输入以下提示词即可获得以MarkDown格式显示的原文内容。以MarkDown代码格式输出原文内容然后输入以下提示词即可获得以MarkDown格式显示的中文翻译结果。将以下内容翻译成中文以Markdown格式输出 复制刚才生成的原文内容最后即可得到以MarkDown格式的文本。数值推进系统模拟中的电力系统规模设计Jeffrey T. Csank,({}^{*}) David J. Sadey,({}^{\dagger}) George L. Thomas,({}^{\ddagger}) Thomas M. Lavelle,({}^{\lxsectionsign}) 和 Jennifer D. Bergeson,**美国俄亥俄州克利夫兰市NASA格伦研究中心邮编44135Jesus Garcia Calderon({}^{\dagger\dagger})通用电气航空GEIQ墨西哥克雷塔罗州克雷塔罗市邮编76146摘要电动飞机推进旨在实现商业航空业的宏伟目标包括显著降低燃油消耗、排放、噪音和起飞场长度。为了推动这些电动推进概念的发展需要能够模拟包含燃气轮机和电力系统组件的推进系统的分析工具。本文介绍了在数值推进系统模拟NPSS软件中定义的电端口、一组电力系统工具以及模拟示例。NPSS是飞机推进系统建模和模拟的行业标准软件包设计、规模设计、集成和分析电力系统的能力将推动行业开发电动飞机推进系统。I 引言飞机电气化是一种前瞻性的先进推进概念旨在减少飞机噪音、氮氧化物排放和燃油消耗。在其最基本的定义中飞机电气化指的是利用电力推进飞机的概念。这包括混合电动概念例如波音-通用电气GE的“糖伏特”Sugar Volt以及涡轮电动概念例如STARC-ABL该概念具有两个主发动机和一个用于边界层吸入的电动后推力器。混合电动和涡轮电动概念都利用电力系统将电力从电源例如电池或发电机传输到驱动推进器或辅助涡轮的电机从而为飞行器提供推力。电力系统影响推进系统的整体重量、热系统需求和效率这些权衡需要在设计目标中加以考虑尤其是在优化设计中。更具体地说这要求电力系统在推进系统的概念设计阶段就被纳入考虑。数值推进系统模拟NPSS是推进系统概念设计中最广泛使用的工具之一。本文将讨论电端口的设计该设计使得在NPSS环境中设计、规模设计、集成和分析电力系统成为可能。II 电端口虽然热流体建模是NPSS的主要应用领域但它本身并不具备评估电气模拟的能力。因此需要在NPSS中开发电气框架建模能力。电端口是该框架的基础编程对象代表任何一对电气组件之间的连接。它在电气组件之间传递电压、电流、相位、功率和功率因数等信息并作为网络平衡技术中基尔霍夫电流和电压定律的载体。这与NPSS中的流体端口类似流体端口在两个流体驱动元件之间传递热力学信息并作为热流体网络中流体连续性平衡的辅助工具。端口对象通常位于主对象内部负责计算适当的传递函数电压-电流关系并将输出传输到连接在端口的下一个元件。图1展示了一个示意图解释了通过端口E1_O和E1_I连接的通用元件E1和E2之间的连接。_O和_I表示电气元件的输出和输入命名约定假设为标准功率流约定。元件E1和E2可以表示其对应入口和出口端口之间的任何RLC网络组合效应。元件之间的连接通过端口由用户在构建网络模型时建立。一旦连接建立任何一个端口的电气状态电压、电流、相位等的变化都会立即反映在相应的链接端口对中为元件E1和E2提供及时且适当的边界条件信息以执行其传递函数计算。电端口已开发出通用功能能够处理交流或直流AC/DC功率传输。内部计算均在复数平面中进行复数作为相量或空间向量直流功率传输是特殊情况其中复数的虚部为零。鉴于正弦分析中电气电路涉及大量复数运算NPSS中开发了复数变量定义以简化编程数学足迹。复数对象包含电压、电流和功率在复数平面中的实部、虚部、绝对幅值和相位角信息。电端口以及复数例程计划集成到下一个NPSS版本中供NPSS用户使用。电力系统数据通过将均方根RMS电流和电压线对线数据以三种方式之一发送到电端口进行传输。RMS数据可以以极坐标格式幅值和相位写入电端口角度可以是弧度或度也可以以复共轭形式写入如表1所示。在电端口中除非用下标_In_注明为线对中性点电压否则电压假定为线对线电压。如前所述电端口计算直流、单相交流和三相交流的功率尽管可以添加其他电气电流概念。端口中计算的电力系统变量及其标准单位如表2所示。III 电节点实际的电气网络中通常有多个元件相互连接。仅靠电端口无法处理这种连接因为每个端口只能连接一对元件。为此开发了电节点定义来处理多个端口到端口的连接。图2展示了一个具体示例其中三个元件连接到一个节点。电节点生成三个电端口每个端口与外部元件的电端口配对。节点有两个主要目标1为所有内部端口设置输入电压Vnode2计算所有内部端口的净电流。这两个过程通常由求解器执行通过迭代节点电压来驱动端口净电流的平衡为零以保持网络中每个节点的基尔霍夫电流定律。回顾电端口的行为当节点设置其内部端口的电压时相应的链接外部端口将立即反映相同的电压变化这将作为外部元件的边界条件。IV 电气工具箱为了利用电端口和节点创建了一个电气工具箱其中包含各种电力系统和电路元件。这些元件包含标准规模设计方程设计时、性能图、静态和动态性能方程非设计时以及可配置的输入/输出类型。该工具箱是开源的可以通过NASA软件目录找到。当前工具箱元件及其相应端口模式的完整列表如表3所示。通过各个端口的元件接口连接以及相关数据在图3中的流程图中展示。在此示例中直流总线电压源通过直流模式下的电端口与逆变器连接。逆变器包含自己的性能图例如功率与效率通过热端口输出热损耗并通过三相交流模式下的电端口输出其电气数据。此电气连接继续到电机元件该元件还具有热输出和通过轴端口与风扇的机械连接。系统可以通过牛顿-拉夫森求解器进行设计、模拟和评估。NPSS求解器的一般使用在参考文献7和8中有详细说明不在本文讨论范围内。然而求解器变量的设置将在下一节中描述。V NPSS电端口的应用开发NPSS电端口的目标之一是使其足够通用以便用于不同层次的分析。例如一个用户可能希望使用该端口连接基本的电气电路元件而其他用户可能只希望开发更高级别的电气分配元件模型。因此为了验证NPSS电端口选择了三个示例应用涵盖了预期的不同用途一个简单的RLC电路、一个三相电力系统应用和一个飞机示例。这些示例可以从NASA的GitHub页面找到。简单RLC电路在NPSS中使用电端口的一个可能用途是进行稳态电路分析。可以创建一个电路模型NPSS将求解稳态电流和电压这些电流和电压可以是交流AC或直流DC。为了展示这一功能创建了一个包含基本电气电路元件的电路包括交流电源、电容器C、电感器L和电阻器R如图4所示。在NPSS中创建了一个模型文件来连接这些组件并插入了2个节点。节点1将C1的输出连接到L和R的输入节点2将L的输出连接到C2的输入。该系统中的求解器变量设置为节点电流依赖项和节点电压独立项。为了使工具箱和电端口正确解释电端口变量对于此单相交流系统每个端口必须指定为单相交流端口。在此示例中使用NPSS中的全局“setOption”命令将所有端口设置为适当的类型。NPSS的结果与SPICE的结果对比见表4。这些数据表明NPSS与电端口能够执行电路分析。三相电力系统示例前一节中的简单电路示例展示了某些应用中有用的功能但对于平衡的三相系统使用完整的电路模型是不必要的。图5左侧展示了一个简化的示例展示了电端口在三相系统中的操作。在该系统中208伏线对线三相电源通过0.5288欧姆的线路阻抗向5245欧姆的Y型连接负载传输电力。电源、负载和电缆在NPSS中连接如图5右侧的图所示。此示例中的组件与前一示例中的组件的区别在于电端口设置为三相电端口。在三相模式下端口中的电压和电流被解释为三相线对线电压和相电流而不是单相量。通过适当设置端口电气功率类型通用电压源、电缆线路和负载组件将计算正确的输出与所需的功率类型一致。与前一示例一样该系统中唯一的依赖项是节点电流依赖项和节点电压独立项。唯一具有未知数的节点因此是该系统中的求解器变量是传输线和负载之间的节点。请注意电源和负载之间的中性连接由图5右侧图中循环的箭头表示。NPSS和SPICE的结果对比见表5验证了NPSS电端口的三相模式操作并展示了其在电力系统分析中的适用性。涡轮电动飞机动力系统示例NPSS电力系统工具箱和电端口的主要用途之一是构建涡轮电动和混合动力系统的模型。创建了一个简单的涡轮电动模型来展示这些系统的建模。该系统的示意图如图6所示。系统包括涡轮T、发电机G、整流器R、逆变器I、电机M和推进器P。请注意涡轮和推进器可能是风扇通过其相关的轴组件图6中的推进器轴和涡轮轴连接到发电机和电机。此外电机和逆变器以及发电机和整流器通过三相交流电缆Cable1和Cable3连接逆变器和整流器通过直流电缆组件Cable2连接。未显示的是用于设置涡轮和风扇气流的flow-start、nozzle和flow-end组件。请注意该模型不包括环境或入口块因此无法模拟不同高度或其他飞行条件。此示例旨在展示如何将燃气轮机和电力系统组件集成在一起。在创建此示例的NPSS组件后必须在运行前设置求解器。此示例的求解器独立和依赖变量设置如表6所示。如表6所示逆变器Inv1、整流器Rect1和电机EM1都具有电压独立项整流器和逆变器在设计和非设计时都具有功率和相位依赖项。逆变器和整流器的相应变量对意味着求解器必须选择整流器和逆变器电压分别为输入和输出以使功率和相位依赖误差为零逆变器和整流器的功率为(P_{in})*(\etaP_{out})整流器的相位为(V_{in(phase)}I_{in(phase)})逆变器的相位为(V_{out(phase)}0)。电机和发电机各自具有一个求解器独立和依赖对ind_trg_temp, dep_trg_map这些对是正确运行其相应非设计图所必需的。电机还具有实部和虚部电压独立项。默认情况下这些独立项没有依赖变量与之配对因此除了此处描述的默认变量外还必须定义一些依赖变量以便系统完全定义。在大多数情况下如下文所述的涡轮电动示例中将有一个依赖项强制电机以给定的功率因数运行。另一个依赖项可能强制电机输出轴功率或速度等于给定值。此外电缆具有独立和依赖对电流和电缆上的电压误差这些对在设计中用于规模设计。求解器使用这些来选择通过电缆的电流作为电缆规模设计逻辑中的载流量约束。规模设计逻辑然后选择一个电缆设计该设计在给定计算电流的情况下将产生一定的电压降。电压依赖项确保给定电缆设计和求解电流的电压降与电缆在其端口看到的电压差匹配。在非设计中不再需要规模设计逻辑因此电缆将根据其端口看到的电压和电缆阻抗计算电流。标准的NPSS轴速度积分器也包含在设计和非设计中。涡轮压力比PR独立项是NPSS中始终添加的标准涡轮独立项它使求解器能够改变涡轮产生的功率同时改变涡轮对气流的影响。请注意推进器入口流量独立项ind_AmW、涡轮流量误差依赖项Turb.S_map.dep_errWp和推进器喷嘴面积依赖项Noz.dep_Area都是NPSS涡轮机械组件通常在非设计中添加的变量。本段中提到的所有求解器变量都是自动设置的并且是其各自组件的标准变量。非标准的求解器变量包括以下内容。设计中使用的target_pwr和prop_pwr依赖项和独立项旨在设置系统的设计功率在涡轮端而不是在负载推进器端设置系统功率如非设计中所做的那样。MotorAngle用于强制电机以给定的功率因数运行并在设计和非设计中使用。此外在设计期间相关的轴速度独立项不使用因为在此模拟中轴速度被视为设计变量。在非设计中涡轮轴独立项在求解器中设置但推进器轴独立项未设置。这是因为该模型旨在表示以恒定速度运行且负载变化的推进器推进器上的负载功率通过推进器组件中设置的功率值计算。其他模拟场景恒定功率或恒定扭矩下的速度变化可以通过添加额外的求解器变量来实现。所有电力电子设备整流器和逆变器和电机电机和发电机的设计效率均设置为95%。此外电力电子设备和电机中包含效率图以模拟组件效率随操作点的变化。在电力电子设备中映射定义为查找表输入组件输出功率并返回效率。电机使用的映射输入扭矩和速度并输出效率。请注意本工作中使用的映射是手动生成的以反映文献中发布的SOA设备映射。这些映射在大多数操作范围内产生的效率接近最大值因此在运行模型时效率没有观察到太大变化。该模型包含在一个运行文件中首先在设计模式下运行以规模设计所有组件。然后在非设计模式下重复运行每次将功率降低10%直到模型达到空闲功率设置在本例中定义为小于最大功率的1/3。创建了一个NPSS页面查看器文件以输出模拟中每个点的所有相关系统变量电压、电流、相位角、电功率、轴功率等。运行模型后检查查看器脚本的输出以确保结果与组件性能计算和端口连接一致。特别感兴趣的是随着风扇负载功率降低时整个系统中的功率。该功率数据如表7所示。该数据显示随着负载功率的变化每个组件的运行效率始终接近95%。从涡轮提取的功率始终显著高于电机在风扇轴上产生的功率因为涡轮必须为风扇提供功率以及组件内的所有损耗。数据表明通过使用电力系统库构建的电力系统模型可以在典型的NPSS涡轮机械组件之间成功传递功率。这展示了该库如何使NPSS能够研究更多电动推进系统。此外通过在设计时成功运行模型然后在广泛的输出功率范围内进行非设计运行该库展示了支持使NPSS如此有用的系统研究的能力例如运行飞行剖面、进行敏感性研究等。VI 总结与未来工作本文介绍了在数值推进系统模拟NPSS中开发电气框架建模能力。NPSS是推进系统设计和分析中最广泛使用的工具之一。添加在设计推进系统的同时设计、规模设计和评估电力系统性能的能力可以实现更稳健和优化的设计。这一能力已得到展示并将在未来的NPSS版本中集成。此外一个包含本文示例的开源电力系统库以及标准电气组件已可用。与电力系统规模设计能力相关的未来工作包括将该能力集成到电动飞机设计中继续构建电力系统库以包含更多组件和更高保真度以及与航空公司的合作。参考文献1 Anticliff, K.R., Guynn, M.D., Marien, T.V., Wells, D.P., Schneider, S.J., and Tong, M.T., “Mission Analysis and Aircraft Sizing of Hybrid-Electric Regional Aircraft,” AIAA 2016-1028, AIAA SciTech, 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting, San Diego, CA, January 4-8, 2016.2 Welstead, J.R., and Felder, J.L., “Concept Design of a Single-Aisle Turboelectric Commercial Transport with Fuselage Boundary Layer Ingestion,” AIAA 2016-1027, AIAA SciTech, 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting, San Diego, CA, January 4-8, 20163 Sadey, D.J., Csank, J.T., Hanlon, P.A., and Jansen, R.H., “A Generalized Power System Architecture Sizing and Analysis Framework,” AIAA-2018-4616, AIAA Propulsion and Energy Forum, July 9-11, 2018.4 C. A. Perullo, D. Trawick, W. Clifton, J.C. Tai and D. N. Mavris, “Development of a suite of hybrid electric propulsion modeling elements using npss,” in Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition, Düsseldorf, Germany, 20145 W. H. J. Hayt, J. E. Kemmerly and S. M. Durbin, Engineering Circuit Analysis, New York: McGraw-Hill, 2002.6 NPSS User’s Guide V 3.1, Southwest Research Institute, 2018.7 “nasa/NPSS-Power-System-Library”, https://github.com/nasa/NPSS-Power-System-Library, [软件仓库] [检索日期2019年6月23日].8 “NASA Software Catalog”, https://software.nasa.gov/, [在线数据库], [检索日期2019年6月23日].二、使用Writage 3.3.1插件转换为Word文件在DeepSeek对话输出的以MarkDown代码格式表示的中文翻译解放点击右上角的复制按钮然后打开记事本txt并粘贴保持为以md为后缀名的文件。打开MicroSoft Office Word假设已经安装了Writage 3.3.1插件选择“Open MarkDown”如下图所示打开md文件后选择Word文件另存为即可保存用于打印。关于Writage 3.3.1的进一步了解可发送邮件至邮箱pyengine163.com.
