飞机电推进系统最新发展：技术综述

Wei Chen; Yexin Yan; Yang Qi; Ming Huang; Weilin Li

Northwestern Polytechnical University, China

W. Chen, Y. Yan, Y. Qi, M. Huang and W. Li, "Recent Development of Aircraft Electric Propulsion System: A Technical Review," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 9, no. 1, pp. 115-130, March 2025, doi: 10.30941/CESTEMS.2025.00004.

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内容

本文总结了电推进飞机最新发展趋势，对电推进飞机的电机设计、逆变器拓扑结构、电推进控制系统三个方面进行了论述。讨论了不同电机和逆变器的优缺点、研究进展以及应用场景。通过分析对比全球范围电推进飞机项目，对电推进控制系统架构进行了评估分析。从高性能电机、宽禁带半导体技术等方面对电推进技术未来的发展方向进行总结展望。

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亮点

2.1 电推进飞机电机分类

（1）超导电机

包括部分超导电机和全超导电机。采用超导结构可以获得远超传统电机的磁负荷和线负荷，实现超高效率和超高功率密度，适用于兆瓦级(大功率)电推进应用场合。

（2）永磁同步电机

永磁同步电机可以兼顾功率密度和效率。目前，永磁同步电机在中小功率电动驱动系统、应急电源系统和电动压缩机系统中广泛应用。

（3）异步电机

异步电机凭借高转子线速度实现功率密度提升，通过灵活调节极对数和角频率优化铁损控制，降低驱动系统设计难度，在高速高功率场景应用广泛。

2.2 电推进飞机逆变器拓扑分类

（1）两电平逆变器

两电平逆变器结构简单、成本低且易于控制，但开关谐波显著。在高开关频率下，两电平电压源逆变器受到开关和导通损耗的限制，存在效率降低问题。

（2）多电平逆变器

包括中性点钳位逆变器、有源中性点钳位逆变器、T型逆变器、飞跨电容多电平逆变器和模块化多电平逆变器。通过无源滤波和调制策略的优化设计，可以实现高功率密度和能量转换效率。

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结论

本文总结了飞机电推进系统的发展趋势与挑战，梳理了电机、逆变器、控制系统国内外当前研究进展。未来电推进系统将朝向智能化、分布式、多层级的趋势转变，有助于提高冗余度、容错性和适应性。此外，分布式控制和多智能体技术有望提升未来电推进飞机的飞行控制和能源管理，确保更高效和稳健的运行。

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团队介绍

团队隶属于西北工业大学飞机电推进技术工业和信息化部重点实验室，以电气工程为基础，交叉融合了航空宇航科学以及导航制导与控制、动力能源等多个学科专业技术领域，长期致力于电推进飞机总体气动设计、飞行控制以及航空电气工程等技术攻关。实验室承担各类科研项目88项，授权发明专利项48项，获得软件著作权8项。获得部级科技进步一等奖4项、省部级科技进步二等奖3项、省部级科技进步三等奖3项，开发了具有完全自主知识产权航空电气系统系列产品，应用于多个航空型号，主持参与制定航空航天电气系统国际、军用、航空行业标准。

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作者介绍

陈伟，2023年获得南昌大学电气工程及其自动化学士学位。目前在西北工业大学攻读电气工程专业硕士学位。主要的兴趣领域包括有源谐波补偿技术。

严烨新，2023年获得中国民用航空飞行学院电气工程学士学位。目前在西北工业大学攻读电气工程硕士学位。主要的兴趣领域包括协同控制策略、多端口变换器。

齐扬，2016年本科毕业于西安交通大学电气工程学院，2021年获得新加坡南洋理工大学博士学位。2021年至今担任西北工业大学自动化学院副教授，入选第十届中国科协青年人才托举计划。主要研究方向为电力电子化电力系统建模与控制。

黄明，2011年在合肥工业大学获得电气工程学士学位，2019年在西安交通大学获电气工程博士学位。自2019年起，担任西北工业大学自动化学院副教授。研究方向包括柔性直流输电技术、航空混合储能技术研究、航空高压供电系统。

李伟林，分别于2007年和2009年在西北工业大学获得电气工程学士与硕士学位，2013年获德国亚琛工业大学电气工程博士学位。现任西北工业大学自动化学院党委书记。发表论文80余篇，申请专利/专利申请11项。自2018年起，任西北工业大学教授。

《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE的执委Don Tan博士为国际主编。目前已被ESCI、EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。

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