军用飞机大制冷量环控系统方案研究

以第四代战斗机为目标，提出了旨在满足其战术技术要求的大制冷量、低代偿损失的环控系统方案，采用与发动机进气道融为一体的环形散热器为冷源，通过液冷循环将燃油系统、空气涡轮冷却系统、分子筛制氧供气系统关联在一起的构型方案，使系统组成非常紧凑，相对于同等制冷量的环境控制系统重量减轻了约50％，代偿损失减少了65％，且具有较高的可靠性和系统隐身功能。     

电动环控系统优化仿真分析

基于Flowmaster仿真平台搭建电动环控系统仿真分析模型,分析了系统仿真中飞机热载荷、供气温度与供气量及压力制度,进一步针对电动环控系统的出口温度和压力情况进行仿真分析。在此基础上研究电动环控系统的动态优化控制方案。仿真结果表明,在热天地面起飞、爬升、巡航等飞行状态下,制冷包出口的空气压力满足压力设计制度,且可实现空气温度在-5℃±2℃范围的控制。本文为电动环控系统的设计及优化研究奠定基础。     

基于AMESim的空-液热交换器仿真分析

为了计算空-液热交换器的换热量及换热效率,利用AMESim平台建立空-液热交换器及冷却介质的仿真模型,并对其进行了仿真分析,同时与试验结果进行了比较。结果表明,基于AMESim的空-液热交换器仿真分析结果与试验结果相差较小,可以满足工程需求。该方法可以用于液体冷却系统的仿真分析。     

环控系统减少引气量和降低燃油代偿损失研究

随着能源问题越来越突出,降低环控系统燃油代偿损失显得越来越重要。针对这个问题,综述了当前应用研究中降低燃油代偿的不同方法,并重点对闭式循环制冷系统和考虑载荷因子的引气系统在减少引气量和降低燃油代偿损失方面进行了探讨。     

高温动力涡轮驱动闭式空调系统

目前在国外飞机上使用较多的环控系统是升压式高压除水空调系统(简称系统A),其优点是涡轮出口空气温度很低,进入座舱的空气干燥;缺点是系统流量及冲压空气流量大,制冷系统低,系统性能代偿损失大。 现在飞机空调系统的发展趋势是:(1)减少空调系统的代偿损失及成本。(2)利用燃油作为热交换器的冷源。(3)用液体来冷却电子设备。(4)增加系统引气温度和压力。为适应此趋势,国外逐步用高温动力涡轮驱动闭式空调系统(下文简称系统B)来代替系统A。 系统B是目前国外最先进的飞机空调系统。它用高温压缩空气驱动动力涡轮,以此来充分利用高温压缩空气的能量。高温动力涡轮冷却高温压缩空气,并驱动一套闭式升压式空     

基于Matlab的液体冷却系统仿真与试验验证

冲压空气温度和流量随飞行高度的变化而变化,导致特种飞机上的液体冷却系统存在诸多变化因素,在系统设计初期,计算量庞大且工况复杂。针对上述问题,利用Matlab的Simulink仿真平台,建立液体冷却系统主要部件的动态数学模型和系统仿真模型,并对系统进行仿真分析。将仿真结果与试验数据进行对比,结果表明:仿真分析具有较高的精度,该仿真系统可以用于液体冷却系统的设计和优化。     

穹顶形扰流柱冲击冷却系统综合换热效率数值模拟

为了分析扰流柱对冲击冷却效率的影响,采用数值模拟方法对穹顶形扰流柱冲击冷却系统进行研究,获得其换热与流 动特性,并与平板靶板冲击冷却系统和圆形扰流柱冲击冷却系统进行对比分析。结果表明：穹顶形扰流柱冲击冷却系统可以同时获 得良好的换热效果与较小的流动阻力系数。与圆形扰流柱靶板相比,穹顶形扰流柱靶板的Nu 增大了13.8%,而流动阻力却减小了 5.3%;其综合换热效率提高了17.9%。从综合换热效率的角度看,穹顶形扰流柱冲击冷却系统优于平板靶板冲击冷却系统和圆形扰 流柱冲击冷却系统。     

燃气轮机间冷器结构改进试验研究

为了分析间冷器翅片高度、翅片厚度、隔板厚度等结构参数对换热性能的影响,根据船用间冷循环燃气轮机长期工作在海洋环境的性能要求及结构特点,初步设计了机上间冷器,并对其进行了试验验证。根据前期验证结果,对间冷器结构进行了迭代改进。结果表明:在一定范围内,翅片高度增加导致换热效率降低和总压恢复系数增大;翅片厚度增加,导致换热效率提高和总压恢复系数减小;隔板厚度增加导致换热效率降低。     

油箱惰化空气预处理系统优化仿真分析

基于AMESim仿真平台搭建了油箱惰化空气预处理系统性能仿真模型,建立了飞机飞行状态参数模型,通过改变换热器换热效率、涡轮流量等参数对系统进行动态优化仿真分析,得到了适用于全飞行剖面的性能模型,保证空气预处理系统在飞机起飞、爬升、巡航、下降等所有飞行阶段,出口温度能够控制在75℃±5℃温度范围内.基于仿真模型,对控制模...     

涡轮结构参数对飞机环控系统的熵增影响分析

涡轮是飞机环控系统的重要组成部分,涡轮的结构参数对整个环控系统的性能有着重要的影响。本文以热力学第二定律为基础,以飞机整个环控系统的熵增作为目标函数,分析了涡轮结构参数对于环控系统熵增的影响。以升压除水环控系统为例,建立了相应数学模型,并进行了计算机仿真。研究表明,对涡轮叶轮系数、叶轮几何角,以及叶轮外径等参数进行优化,对未来复杂环控的设计具有十分重要的指导意义。     

基于Simulink仿真的电动压气机驱动增压引气系统研究

阐述了电动压气机驱动增压引气系统的工作原理,依据其工作原理建立了电动压气驱动增压引气系统的数学模型,采用Simulink仿真了该系统压缩机的实际耗功,进而计算了在相同使用情况下的发动机直接引气和电动引气压缩机的燃油代偿损失情况,计算结果表明环控系统采用电动压气机驱动增压引气较发动机直接引气可以减少发动机推力的损失,降低油耗。     

轴功提取与引气一体化管控对航空发动机燃油经济性的影响分析

为获得机载系统轴功提取和引气一体化管控对发动机燃油经济性的影响机制,建立实现该功能的自适应动力与热管理系统模型,利用4阶龙格库塔法与牛顿迭代法耦合求解,分析了不同巡航高度H下轴功提取与引气能量转换效率比η、轴功提取与引气作功比λ、APTMS相对转速Nz等对系统燃油代偿损失的影响。仿真结果表明:轴功提取与引气能量转换效率比η大于临界值时,系统燃油代偿损失随着轴功提取与引气作功比λ的增大而减小,反之则燃油代偿损失增大,变化幅度最大可达20%;APTMS相对转速Nz越大,半闭式空气循环风扇涵道引气越小,动力涡轮低压级引气及功率提取量越大,则燃油代偿损失越大,增量最大可达1倍。说明通过轴功提取与引气一体化管控可有效提高发动机燃油经济性。     

多电式环控系统电动机功率选定及其经济性分析

提出多电式环控系统参数匹配计算模型,获得不同飞行工况下电动机功率的选定值,分析其影响因素以及系统的经济性.结果表明:对于一定的供气压力,飞行高度越高,电动机功率越大,而同一高度马赫数越大,电动机功率越小;对于给定的飞行工况,供气压力越高,电动机功率越大;对于相同的供气压力与飞行工况,多电式环控系统的性能代偿损失比传统环控系统要小,飞行时间越长,系统的经济性越好.      

点火能量对脉冲爆震发动机性能的影响

针对以汽油-空气为推进剂的吸气式脉冲爆震发动机,研究了点火能量及工作频率对发动机点火-起爆时间和发动机推进性能的影响。结果显示,随着点火能量的提高,点火-起爆时间逐渐减小,脉冲爆震发动机平均推力逐渐增加。随着发动机工作频率的提高,点火-起爆时间也逐渐减小,发动机稳定工作的最佳油气当量比减小,发动机平均推力接近线性增加;但是点火能量对发动机点火-起爆时间的影响随着工作频率的提高而有所降低。     

间冷回热循环发动机间冷器流动换热性能试验

试验获取了各个状态下间冷器试验件冷气、热气通道进出口气流的总温、总压等参数,进而获得间冷器的流动阻力特性和换热特性。评估了间冷器流动换热性能,并与理论计算结果进行对比分析。结果显示:热气通道流体压力损失系数理论计算值与试验值吻合良好;冷气通道压力损失系数随冷气雷诺数的增加逐渐降低,理论计算值低于试验值;随着冷气流量的增大,间冷器换热效率先降低,当间冷器冷气通道流量大于热气通道流量时,换热效率开始逐渐升高;换热效率理论设计值与试验值误差较小,换热效率随着热气冷气温比的增大先略有升高,随后基本保持不变。     

铝铜组合式散热器在激光器冷却系统中的应用研究

小型化、轻量化激光器中的泵浦模块冷却系统需进行减重设计,提出了一种铝铜组合式散热器结合热电制冷片的冷却方案,通过Flotherm软件对散热器进行优化设计,然后以实际使用环境对冷却系统进行验证。试验表明,设计的冷却方案满足激光器的实际工作要求,完成了激光器泵浦模块冷却系统的减重设计需求。     

基于熵产最小曲线型散热器参数优化设计及数值模拟

基于参数化设计和模拟方法,采用VB开发了放射状散热器参数化设计模拟软件,可自动生成高质量的六面体网格和进行数值计算.利用该软件快速对风扇散热器组件的结构参数进行性能分析和讨论,加深了对风扇散热器组件各主要参数在散热器整体性能中影响程度的认识.采用并行计算流体力学方法,基于组合优化策略以熵产最小为目标函数对多参数结构风扇散热器组件进行优化,曲线型散热器优化结果比初步设计方案的性能提高了7％.     

基于熵产最小曲线型散热器参数优化设计

基于参数化设计和模拟方法,采用VB开发了放射状散热器参数化设计模拟软件,可自动生成高质量的六面体网格和进行数值计算.利用该软件快速对风扇散热器组件的结构参数进行性能分析和讨论,加深了对风扇散热器组件各主要参数在散热器整体性能中影响程度的认识.采用并行计算流体力学方法,基于组合优化策略以熵产最小为目标函数对多参数结构风扇散热器组件进行优化,曲线型散热器优化结果比初步设计方案的性能提高了7%.      

基于试验设计-遗传算法的船用柴油机冷却系统多目标优化

为了获取某型船用柴油机冷却系统的最佳运行参数,在柴油机可靠运行的前提下,尽量提升动力性和经济性。建立了柴油机工作过程-燃烧室-冷却系统耦合仿真模型,提出试验设计-遗传算法优化算法,该算法具备节省试验成本和多目标全局寻优的优势,选取柴油机的6个典型推进工况点进行研究,采用该算法对冷却系统运行参数开展多目标优化设计,优化设计以海、淡水泵转速为变量因子,以提升动力性参数和经济性参数为目标,以涡前排温、淡水出机温度和峰值缸压为约束条件,优化后,在低负荷点,淡、海水泵节省功耗79.4%、71.73%,扭矩提升7.2%,有效功率提升7.6%,热效率提升8%,耗油率降低6.73%,摩擦功降低9.71%,峰值缸压降低5%。研究结果表明：耦合仿真模型与实机更加贴近;试验设计-遗传算法在解决强耦合、非线性系统的多目标优化问题具备成本低、效率高、精度高的优点。     

航空二冲程活塞发动机分层扫气优化

针对二冲程活塞发动机常规扫气短路损失大、油耗高的问题,提出了一种分层扫气方案并进行了优化。以某发动机为研究对象,采用数值模拟方法建立了分层扫气模型,并对分层扫气过程进行了3维CFD仿真,其计算所需的边界条件通过发动机整体性能1维仿真获得,采用该模型研究了分层扫气发动机扫气机理,对不同容积扫气道进行了仿真,并对二冲程扫气过程的过量充气系数、扫气效率等参数进行对比。在仿真优化研究的基础上加工优化后的扫气道盖实物,并结合发动机巡飞工况状态开展发动机性能对比试验。结果表明：采用分层扫气过程的短路损失相比于常规扫气过程的减小42%,扫气道容积提高到1.3倍可使扫气效率提高2%,相比原型机测试数据,配置1.3倍扫气道容积的发动机在巡航转速范围内,燃油消耗率降低10%,但发动机功率略有降低。