中空纤维膜机载制氮装置的数学建模分析

建立了考虑浓差极化现象的微分方程数学模型,并用正交配置法求解,对中空纤维膜机载制氮装置(OBIGGS)进行了分析,并对部分状态点的计算结果进行了实验验证.结果表明:富氮气体(NEA)中氧气的质量分数随着进气温度的升高而降低,在达到最小值后又呈上升趋势;在进气与排气压力差保持不变的情况下,随着中空纤维膜排气压力的下降,中空纤维膜的富氮气体质量流量逐渐增加;随着中空纤维膜丝长度的增加,丝内气体的压降和富氮气体质量流量均有所增加;中空纤维膜空气分离制得的富氮气体质量流量越大,则所需进气的质量流量越大,且富氮气体氧气质量分数越高.      

某中央翼燃油箱惰化流场的数值模拟及特性分析

在不同富氮气体入口参数下,对某大型运输机中央翼燃油箱的惰化过程进行了数值模拟,研究了在不同流量和体积分数富氮气体条件下燃油箱的惰化规律.计算结果显示:当富氮气体中氮气体积分数为95%、体积流量分别为0.021,0.028m3/s和0.042m3/s时,燃油箱内平均氧体积分数随体积置换次数的变化曲线几乎完全重合;当富氮气体体积流量为0.042m3/s、氮气体积百分比分别为92%,94%和98%时,燃油箱惰化率随时间的变化曲线重合.说明相同体积分数富氮气体条件下燃油箱惰化完成时所需富氮气体量与富氮气体流量无关,而富氮气体的流量直接决定了各舱室富氮气体的惰化率.通过对计算结果的分析,证明了利用缩比油箱去模拟真实油箱的惰化过程的合理性.为优化某运输机中央翼燃油箱惰化系统设计提供参考.      

耗氧惰化系统混合产气的油箱充填特性研究

以特定矩形铝制燃油箱为研究对象,建立三维仿真模型,研究不同体积流量下96%的富氮气体(NEA)对油箱冲洗惰化时油箱内氧浓度的变化,仿真结果与文献试验结果对比,两者吻合较好,验证了仿真模型的正确性。在此基础上,研究相同体积流量下,保证惰性气体中氧浓度相同时,不同组分的耗氧惰化混合气体(MIG)对油箱冲洗惰化时油箱内氧浓度的变化规律,结果与文献中NEA试验结果进行比较,分析两种惰化方式对油箱内氧浓度变化的影响。     

多隔舱燃油箱惰化流场的数值模拟与分析

根据多隔舱燃油箱的特点,建立了适用于多隔舱燃油箱惰化流场的数值模拟方法.将数值模拟结果与工程模型结果及国外文献中的实验数据进行了对比,验证了该方法的正确性.通过对各个隔舱内氧气体积分数分布的分析发现,惰化过程中,各个隔舱内的氧气体积分数趋于均匀,流出某隔舱的气体的氧气体积分数近似等于该隔舱内的平均氧气体积分数.将数值模拟得到的两种流通方式下隔舱间气体体积流量分配情况与隔舱间流通面积比进行对比发现,当通气口相对于富氮气体进口对称布置时隔舱间体积流量能够近似按照面积比分配,而不对称布置时分配情况比较复杂,不能够简单地按照面积比确定.      

飞机燃油箱地面预洗涤技术理论研究

基于氧氮质量守恒关系,建立了飞机燃油箱爬升过程中气相空间、燃油中平衡氧浓度及地面预洗涤的数学模型,并采用微元段法对其进行了求解。计算结果显示,当采用富氮气体进行地面预洗涤后时达到的平衡浓度越低,则可达到的安全巡航高度越高。由于爬升过程中逸出的氧气很多会排出燃油箱外,因而地面预洗涤时,并不需要将燃油中氧质量浓度降低至安全气相浓度所对应极限质量浓度,且飞机燃油箱中的初始载油率对洗涤后的氧质量浓度有直接要求,当载油率越高,需要将燃油中的氧质量浓度洗涤的越低。计算还显示,在地面洗涤时,油罐中的油量也对换气次数有直接影响。通过选择合适浓度的富氮气体在地面预洗涤燃油箱,可保证飞机在巡航高度下氧浓度在安全范围内,但是会在一定程度上增加设备的初投资费用。文章的研究结果可为燃油地面预洗涤的工程设计奠定初步的理论基础     

模拟机载分子筛供氧在高空迅速减压时对生理的影响

通过模拟分子筛制氧系统供气范围,即减压前富氧气体的高空迅速减压实验,观察对机体的生理影响和氧反向弥散的变化。实验结果表明,当供氧浓度低于60％,在缺氧暴露10ｓ内出现缺氧反应;而高于70％,在迅速减压后6～8ｓ之内的生理反应是等效的。高空迅速减压后氧的的反向弥散有两个过程,且与减压瞬间生理效应和有效意识时间有联系。     

民用飞机燃油箱富氮气体分配方案选型设计方法初探

适航条款对民用飞机燃油箱内氧气浓度有明确规定,从而对燃油箱富氮气体分配方案的设计提出较高要求。基于燃油箱冲洗惰化理论,以某型飞机燃油箱为例,对燃油箱富氮气体分配方案选型设计方法进行研究。根据燃油箱容积和惰化时间,通过利用单舱燃油箱数学模型计算获得富氮气体需求量;然后利用多隔舱燃油箱数学模型,以简化管路布置为寻优目标获得富氮气体分配方案。使用数学模拟的方法可快速评估富氮气体分配方案性能,特别适用于大量设计参数尚未确定的方案选型设计阶段。     

一种燃油箱绿色惰化系统地面惰化性能分析

在描述一种采用催化燃烧产生惰气来降低油箱气相空间氧体积分数的新型绿色惰化工作原理基础上，设计了绿色惰化系统流程，通过一定的假设和简化建立了其数学模型并进行了求解.将结果与采用中空纤维膜产生富氮气体的机载惰化系统进行了比较，结果显示:当绿色惰化系统中抽吸气的流量与中空纤维膜惰化所产生富氮气体流量一致时，前者惰化效果远好于后者.同时，还研究了催化反应器效率和预热气体抽取比例对绿色惰化系统的影响，结果表明:提高反应器效率可有效缩短达到安全氧体积分数所需的时间,且最终油箱气相空间氧体积分数会降低，而选取合适的预热气体抽取比例可以减少系统能耗.      

基于代谢模拟的环控生保系统性能试验方法研究

为满足长期载人飞行任务环控生保系统地面验证试验的需求,提出了一种人体代谢模拟试验评价方法。通过采用新型模拟方法以及对原有方法的改进,显著提高了耗氧、二氧化碳排出、产湿、产热和微量有害气体排出等人体代谢模拟结果的精度。利用该方法开展了环控生保系统集成性能试验,取得了良好的应用效果。最后对冷凝水水质模型和微量有害气体控制试验方法的改进开展了讨论和展望,有利于提高试验的真实性和有效性。     

YTQ-7氧气调节器性能参数调整分析与实验验证

情况下，实验数据通过对YTQ-7氧气调节器供氧浓度调节原理的分析，说明调整氧浓度调节机构后．在高空输入富氧可以达到输入纯氧时的供氧浓度要求。经测试并对比分析YTQ-7氧气调节器调整前后供氧性能参数验证调整后的氧气调节器供氧性能能够满足不同高度下供氧浓度生理学要求。     

基于仿真技术的空调系统冲压空气能耗研究

简要介绍了开展民用飞机空调系统仿真分析及研究的重要意义和空调系统工作原理。建立了民用飞机空调系统主要部件的数学模型,开发了系统部件仿真模块及驾驶舱/客舱热载荷模块等,用搭建的部件模块组建了某民用飞机空调系统仿真模型,完成了仿真计算算例。对仿真算例进行试验验证以修正仿真模型,应用修正的仿真模型预测民用飞机整个飞行剖面内空调系统的冲压空气流量,同时采用标准计算方法评估空调系统冲压空气能耗,为空调系统的冲压设计提供依据,对飞机空调系统设计、优化及适航符合性验证具有重要的参考意义。     

带冲击-气膜双层壁结构的涡轮导叶冷却特性源项法数值研究

为了降低由于大量冷却孔导致的计算资源消耗,采用源项法对带冲击-气膜双层壁冷却结构的Mark II涡轮导叶传热进行了简化数值模拟,并与不采用源项法的结果进行了对比。分析了冷却孔网格密度以及流量系数经验关系式对源项法模拟精度的影响。结果表明,采用源项法能够基本准确地模拟叶片表面温度分布并且缩短75%的计算时间。当冷却孔进出口面网格最小尺度小于孔径的1/10时,数值模拟结果将不随面网格密度改变。影响模拟精度的主要因素是经验关系式能否准确模拟总冷气流量以及横流对流量系数的影响。     

基于IPSO-Elman神经网络的飞机客舱能耗预测

为了提高飞机客舱使用地面空调制冷时客舱能耗的预测精度，提出了一种改进的粒子群优化（IPSO）Elman神经网络的飞机客舱能耗预测模型。依据对算法中惯性权重与学习因子的收敛域分析，得出了二者合理的取值范围，将粒子到全局最优位置间距离与参数的取值范围相结合，构造了惯性权重与学习因子的动态调节函数，对其进行非线性的动态调节，并引入了变异因子，提出了一种跳出局部最优的策略，防止粒子群优化（PSO）陷入局部最优。将IPSO-Elman应用于Boeing738飞机客舱能耗预测中，与PSO-Elman、Elman算法进行性能比较，仿真结果表明基于IPSO-Elman的客舱能耗预测模型在预测精度和收敛速度方面均有一定的提升。该研究结果为飞机客舱能耗预测模型的建立提供了理论依据，对飞机地面空调的节能与机场电能合理调配提供了支持。     

大型飞机座舱温度控制系统控制律设计

大型飞机座舱温度控制系统具有温度控制非线性、强耦合、大迟滞性等特点,对控制律设计提出很高要求。根据系统设计要求,结合执行机构动作特性,提出了一种新型座舱温度控制律。系统控制方案采用压气机出口温度控制、组件出口温度控制、座舱供气温度控制和座舱区域温度控制四级控制;压气机出口温度目标值根据大气环境温度确定,座舱供气温度目标值根据座舱区域温度控制误差确定,组件出口温度目标值根据座舱供气温度目标值中的最小值确定;使用专家比例-积分-微分(PID)控制方法设计各级温度控制器,温度控制器的设计融入了解耦控制算法和系统保护控制逻辑,控制周期由各级温度控制响应特性确定。系统地面试验与飞行试验结果显示,该座舱温度控制系统响应速度快,抗干扰能力强,控制精度高,满足系统设计要求。     

单通道民用飞机客舱气流组织数值仿真研究

建立了单通道民用飞机客舱气流组织数值仿真模型,对不同的送风角度、送风速度和送风比例等状态的客舱气流组织进行了数值仿真研究,通过对比分析不同状态的仿真结果的流场、温度场、预期不满意百分率PPD、预测平均反应PMV、吹风感所引起的不满意率DR及其垂直温差导致的不满意率PD等热舒适性参数,发现水平角度送风、上风口较低风速和下风口较大风速、上风口风量少于下风口的设计较为合理。     

被动吸气式电推力器气体收集装置性能仿真研究

为分析被动吸气式电推力器气体收集装置设计对其性能的影响情况,本文以200km超低轨道下立方星推进装置为应用背景,进行了被动吸气式电推力器气体收集装置的性能仿真研究设计,采用基于稀薄气体的自由分子流模型对进气道装置内气流进行了仿真,研究了不同关键参数,包括几何形状（抛物线型、圆锥型、棱锥型）、入口出口截面比、长度、进气道内壁光滑程度多种因素对气体收集装置集气效率的影响,选取典型参数模型计算其内部气压分布规律。仿真结果表明,在三种形状设计中抛物线型进气道对气体聚焦效果最佳,入口出口截面比越小、长度越大以及进气道内壁越光滑进气道性能越优。文中所设计10cm抛物线型被动式进气道能够实现对大气120倍的压缩效果。     

旅客机座舱热舒适动态特性仿真

巡航飞行时,旅客机座舱内相对湿度和空气密度都低于地面建筑物环境。低相对湿度会造成更高的蒸发热损失,低密度空气却会减少对流换热,在这2种因素的复合作用下,会使座舱内热舒适性与地面建筑物有所不同。针对传统旅客机环境控制系统不能完全满足座舱内舒适性要求的状况,提出一种直接以舒适指标PMV为控制目标的热舒适控制策略,应用集总参数法建立了座舱热舒适动态特性模型,并采用仿真方法研究了分别以PMV和温度作为控制目标时,座舱内热舒适的动态特性。仿真结果表明,舒适控制能更好地满足座舱内的热舒适;此外与地面建筑物环境相比,需要更高的空气温度才能使座舱达到热舒适。     

低速风洞引射短舱动力模拟技术新进展

引射短舱可以模拟发动机短舱的喷流影响,并部分模拟进气影响,能用于研究发动机短舱与机翼及增升装置的气动干扰特性,且具有研制周期短、造价低等特点,是在风洞中开展飞机/发动机一体化设计研究的一种重要试验技术。本文介绍了气动中心低速所在引射短舱设计技术和试验技术方面的新进展。采用商业软件对引射短舱进行了三维流场数值模拟,获得了引射短舱性能和三维流场信息。对引射短舱内部流场进行了分析和研究,对引射喷嘴数量、位置进行了优化,增加了引射短舱的进气流量,改善了尾喷口流场均匀度,明显提高了引射短舱性能。发展了空气桥技术,采用有限元方法进行了优化设计,对空气桥和天平进行一体化设计,并进一步发展了空气桥影响修正技术,解决了供气管路对天平测力的影响问题。发展了高精度流量测量控制技术,采用了数字阀、流量控制单元、短舱内部测量耙等技术,提高了流量的控制测量精度及测量不确定度,流量控制精度达到了0.1%,流量测量不确定度达到了0.3%,引射短舱落压比控制精度优于0.01。研制了短舱移动支撑装置,能够实现引射短舱的独立支撑,并实现短舱前后和上下位置的变化,用于开展短舱位置优化研究。最后,介绍了引射短舱的地面性能测试及风洞试验应用,给出了性能测试与数值模拟的对比结果和典型的风洞试验结果,试验结果表明动力影响使得飞机0°迎角升力减小,升力线斜率增大,失速迎角推迟。     

民用飞机客舱舱门区域温度控制研究

对民用飞机客舱舱门区域温度控制进行了研究,建立了客舱舱门区域温度计算模型,并且提出了客舱舱门区域温度控制方法:即客舱舱门区域温度控制主要通过加热器来提高供入舱门区域的空气温度来实现;而舱门接触温度控制主要通过在舱门结构梁与内饰板之间布置绝热层或增加内饰板的热阻来实现。同时为避免在某些工况下舱门加热器出口空气温度太高舱门区域加热器需设置自动关断逻辑。     

民用飞机空调系统仿真分析

建立了系统主要部件数学模型,利用Matlab/Simulink平台开发了系统部件仿真模块、驾驶舱/客舱热载荷等模块,并搭建了某民用飞机空调系统仿真模型.在某国产商用飞机空调系统上加装了测试装置,并进行试验测试.通过仿真分析及试验结果比对发现,参数误差在2%以内,由此表明:建立的仿真模块具有较高的精度,提出的建模方法合理有效,对飞机空调系统设计、优化及适航符合性验证具有较高的使用价值.