下一代飞机热管理技术的研究热点

下一代飞机的热管理面临着热载荷增加、热沉减少的窘境,因此热管理问题越来越受到业界的关注。研究了飞机热管理技术的发展趋势,总结了下一代飞机热管理技术的三大研究热点,包括综合动力与热管理系统、蒸发循环制冷系统控制技术和定向能武器热管理技术。     

机载激光武器热管理系统研究

配备激光武器是下一代军用飞机的典型标志之一。激光武器将电能转换为激光的效率仅为10%~20%,导致激光武器工作周期内热载荷达到106W量级。在短时间内要将如此大的热量实时消散所需的冷却系统十分庞大,这与机载设备的体积重量要求相矛盾。讨论了未来机载激光武器热管理解决方案及其可能采用的技术,如相变储能技术、环路热管技术、强化换热技术等。通过分析认为,相变储热技术的应用能够有效应对高功率激光器热流对机载热管理系统的冲击,是飞机热管理系统未来发展的一种必然趋势。     

面向能热需求的飞机机电系统架构设计研究

飞机综合能力提升使机电系统产生了能量需求激增、热负载加剧等难题。文中为解决飞机机电系统所面临的能量供给和散热问题,重点从能量管理、热管理2个方面开展机电系统顶层架构设计研究,以飞机全任务剖面的能力特征及需求作为牵引,突破传统架构设计方法,采用能量优化的设计理念实现对机电系统的综合管理与优化,最终形成以能热为技术核心的飞机机电系统架构设计方法。仿真结果表明,该方法可实现基于飞行任务及飞行状态需求的能量和热沉供给、传输和使用的动态管理和优化控制。     

飞机热管理系统动态仿真

为解决飞机热源散热需求大、可用热沉不足的矛盾,提出了一种热管理系统仿真方法。从飞行全过程的角度开展热管理系统方案研究,同时采用C++与AMESim软件,开发了燃油和环控分系统仿真模型,构建了热管理系统动态仿真平台,完成系统仿真。有效地分析了给定飞行剖面条件下,各子系统耦合后的动态变化特性,实时预测设备、散热器、各油箱的进/出口,以及发动机入口等关键节点处的介质温度,快速评估热管理系统的综合性能。最后,通过仿真计算完成了不同效率的发电机对全机散热的影响分析,仿真结果符合理论预期,可为热管理系统方案设计提供参考依据。     

飞机综合机电系统热管理技术浅析

介绍了国内外飞机综合机电系统热管理技术的发展现状及该技术在下一代高性能飞机设计中的重要性,并对如何开发飞机综合热管理系统仿真软件提出了自己的设计构想。     

下一代战斗机综合环境控制/热管理系统开发现状

主要介绍了下一代战斗机在热能管理方式上的一个突破——综合环境控制／热管理系统的开发现状，下一代战斗机在设计上更注重从全机水平上考虑系统功能和效率。在这一背景下，环境控制系统的多种制冷方式联合作用，形成综合环境控制系统。更进一步，环境控制系统与热管理系统组合，形成综合环境控制／热管理系统。系统在全机范围内对热能进行管理和控制。系统考虑整个飞行包线内的设计需求，综合利用多种制冷形式和两种热沉——冲压空气和燃油，使系统在整个飞行包线内具有良好的性能，满足飞机总体需要。     

飞机整体瞬态热状况的数值仿真研究

 在分析飞机内外热环境的耦合传热机制基础上，建立了描述飞机整体瞬态热状况的物理数学模型。引入壁面热流函数，将飞机蒙皮外的气动对流与辐射换热作用转化为舱内热分析的浮动热边界条件，实现了飞机内外耦合热作用的解耦计算，避免了难以实现的直接耦合求解。采用区域分解技术，将飞机整体分解为特性不同的多个求解区域。采用蒙特卡罗法求解舱内设备之间的辐射换热，采用热网络法求解设备内部及各设备之间的辐射-导热-对流耦合换热。利用该方法对某型飞机飞行过程中的瞬态热状况进行了数值模拟，获得了飞机舱内的瞬态温度场，分析了相关因素的影响，为飞机设计及相关研究提供了重要依据。     

基于飞发一体化的滑油系统热性能仿真

航空发动机滑油系统与飞机、发动机的关联参数有限。为准确表达变工况滑油系统的热性能,通过研究发动机轴承腔热性能与转子转速及主流路温度参数的拟合关系,将主机温度、燃滑油参数作为输入,对发动机滑油系统在飞行剖面上典型飞行状态点的热性能参数进行了迭代计算;针对管壳式燃滑油散热器结构及运行特性,计算了散热器换热性能。建立轴承腔和散热器的数学模型;基于系统流动仿真平台,利用内部的二次开发环境编写出C#语言代码,开发出了适用于发动机的轴承生热模型和散热器模型,实现发动机滑油系统与发动机燃油系统及飞机热管理系统的联合计算;在航空发动机、飞机变工况输入条件下,进行滑油系统、发动机整机及飞发一体化的变工况热性能迭代计算,并与试验数据进行对比。结果表明：该计算方法误差小于5%,可较准确地反映变工况条件下的热管理相关参数,为飞发一体化热管理联合仿真分析提供可靠的数据来源。     

民用飞机液压系统建模与负载流量需求计算的研究

飞机液压系统的一个重要设计指标是能够满足全飞行剖面场景下的负载流量需求。介绍了一种用于飞机液压系统负载流量需求分析的数字仿真分析方法,通过开发数学模型构建了液压能源子系统和液压用户的负载子系统模型,进而仿真分析典型飞行剖面下液压系统的负载流量需求,模拟了飞机液压系统的动态工作过程,能够反映飞机液压系统与液压用户负载之间的耦合动态特性。仿真结果表明,这套模型满足液压系统分析需求,可用于液压系统的设计支持工作。     

民用飞机燃油箱热特性数值仿真

燃油温度是民用飞机燃油箱可燃性评估的关键输入参数。基于部分假设,利用Matlab/Simulink软件对某型飞机燃油箱热特性进行了数值仿真研究。研究表明,燃油温度仿真结果与飞行试验结果吻合较好,满足适航规章的误差要求。采用数值仿真方法可在飞机设计阶段较为准确地获得燃油箱热特性,用于支持燃油箱内及附近热源部件布置的优化,并可在飞机适航取证阶段提供数据支持。     

复杂复合材料部件的快速超声检测

洛克希德·马丁公司发明了一种激光超声检测系统 ,作为ＬａｓｅｒＵＴ ,能够快速检测空军下一代战斗机Ｆ- 2 2的复合材料复杂曲面零件。该技术使Ｆ - 2 2作业人员能在 2ｈ内检测飞机发动机大型进气道 ,而用传统设备需要 2 4ｈ。该设备有两个激光器。一个激光器通过热弹性膨胀机理在被检测的零件表面产生超声波振荡。当激光击到零件时 ,其能量在零件表面上 10～ 10 0 μｍ处转变为热 ,使零件的复合材料膨胀 ,在 1～ 10ＭＨｚ范围内产生超声波。不论激光从哪个角度撞击 ,这些超声波总垂直于零件表面。与第一个激光器同轴的另一个激光器提供了…     

工艺技术

复杂复合材料部件的快速超声检测系统 洛克希德·马丁公司发明了一种激光超声检测系统，称作 ＬａｓｅｒＵＴ，能够决速检测空军下一代战斗机 Ｆ—２２的复合材料复杂曲面零件。该技术使Ｆ－２２作业人员能在２ｈ内检测飞机发动机大型进气道，而用传统设备需要２４ｈ。 该设备有两个激光器。一个激光器通过热弹性膨胀机理在被检测的零件表面产生超声波振荡。当激光击到零件时，其能量在零件表面上１０－１００ｕｍ处转变为热，使零件的复合材料膨胀，在１－１０ＭＨｚ范围内产生超声波。不论激光从哪个角度撞击，这些超声波总垂直于零件表面…     

激光跟踪仪转站热变形误差建模与补偿方法

在飞机数字化装配测量中,激光跟踪仪的转站精度决定着测量精度和装配质量,提高转站精度至关重要。而布置在工装上的公共观测点随温度变化发生的热变形,导致观测点偏离理论位置,往往是降低转站精度的主要原因。以壁板工装为实例,通过有限元模型仿真计算,得到观测点呈线性变形规律,并提出了用单位温度热变形系数矩阵来对理论坐标进行补偿的方法。根据仿真获得的变形规律,又提出了对大量实验数据统计分析来获得系数矩阵的方法。并采用回归分析的方法,检验了仿真和实验两种方式所获得的系数矩阵的相关性和等价性,表明仿真获得的系数矩阵的正确性。最后,用实例验证了工装上观测点热变形的线性关系和用热变形系数矩阵进行补偿的有效性。     

当代航空电子系统热管理

要使军用电子设备在战争中可靠地工作,重要课题之一便是热管理,也就是以各种冷却方式降低电子设备中硅片的结点温度。随着电子设备功率密度的日益增长,温控方式也日趋复杂,而能使用于飞机、并有发展前途的温控系统,必须是重量轻、可靠性高的系统。热管理的重要性由于现代武器系统紧密依靠电子设备的正常工作,硬件的可靠性对防御能力和战备性能有很大影响。据估计,飞机所有停飞的约65％与电子设备有关,而电子设备维修量的50％～60％与热管理问题有关。热聚集(结     

飞机空调系统热利用的分析及其仿真研究

研究给出了一种应用于飞机空调系统热利用计算的新方法,区别于传统热力学第一定律的能量分析方法,以热力学第二定律为基础,运用分析法对飞机空调系统进行热计算。以某型民航飞机为例,建立其空调系统模型,并按照设定的飞行任务的飞行参数实时模拟飞机空调系统热利用情况。在上述基础上,由系统最小减原理,仿真计算空调系统冲压空气进气调节板的开度变化,达到优化飞机空调系统热利用的目的。本研究表明,最小分析法对飞机复杂空调控制系统的热力学综合设计具有重要指导意义;将仿真技术应用于民航机热利用系统设计中,对系统的优化计算具有一定参考价值。     

飞机燃油系统热管理研究

为了充分利用飞机所载燃油作为冷源来冷却飞机的其他机载设备与系统,发挥燃油的最大使用效益,提出了飞机燃油系统热管理.通过对飞机燃油系统中流体网络的关键部件燃油增压泵、液动涡轮泵和管网进行数学建模以求解流体网络各节点的流量、压力、温度和热损失,从而能预测出各种情况下换热器前的燃油入口温度和进入飞机发动机前的燃油温度.研究内容可为飞机燃油这一冷源的综合利用及飞机燃油系统的热管理提供科学依据.      

飞机液压系统流量压力负载模拟

流量压力负载模拟是模拟飞机各个液压功能子系统工作时所需要流量和压力的半物理仿真.阐述了飞机流量压力负载模拟的工作原理和控制难点,推导了流量压力控制阀的数学模型以及试验系统的数学模型,并做了合理的线性化,采用智能模糊PI控制算法设计控制器,在MATLAB中对算法进行了仿真,并应用在实际工程中.仿真和试验结果表明,该控制算...     

高超声速飞机热管理系统控制模型构建与仿真

以高超声速飞机为研究对象,提出了一种基于单相流体回路的热管理系统(TMS)模型,通过热控制策略与热沉调度模型实现热沉制冷能力最大化目标,解决新型高速飞机日益彰显的冷源不足问题。热控制策略利用系统辨识与热载荷预测算法,提出基于能量平衡与温度反馈配合的热控制模型,解决热惯性带来的控制延迟问题。基于热沉冷却能力评估与热载荷匹配提出热沉调度模型,旨在合理利用各种冷源,解决飞行后期冷源不足的问题。研究通过MATLAB/Simulink仿真验证模型及算法,结果表明:所设计的TMS能够满足高超声速飞机长时间飞行需求;考虑能量平衡的控制模型在超调量及衰减比方面均优于温度反馈控制模型;基于热沉调度策略能够降低冷源消耗速率,更充分地利用各种机载热沉。      

飞机装配大尺寸多系统测量场构建及应用

针对飞机装配对大尺寸、高精度、兼容性强、扩展性好、快速组网的测量技术需求,开展面向飞机装配的大尺寸多系统测量基准场构建技术研究,提出基准点优化设计原则,采用基于激光跟踪仪的多站位冗余测量长度约束算法,构建兼容飞机装配现场设备的三维精密测量基准场,并通过试验对比验证了测量基准场的标定精度.最后通过典型应用案例阐述了在飞机...     

基于降维负载转矩观测器的永磁同步电机转矩前馈补偿策略

针对飞机电蒸发冷却系统中永磁同步电机(PMSM)在不同工况下的抗负载扰动问题,研究了负载转矩前馈的方法,提出了一种基于降维负载转矩观测器的转矩前馈控制难点。针对降维负载转矩观测器提出工程化设计方法,通过将观测到的负载转矩补偿到电机电流环输入,实现电机对负载扰动的快速响应,提高了抗负载扰动能力。仿真和试验结果验证了降维负载转矩观测器设计方法以及PMSM负载转矩前馈控制算法的正确性和有效性。