飞机综合一体化热/能量管理系统方案研究

随着现代军事技术的飞速发展,未来飞机对隐身性、机动性、可维护性、超音速巡航等方面都提出了更高的要求,然而,现有机载机电系统都是独立发展的,无法满足未来飞机的设计需求。而综合一体化热/能量管理系统集成了传统分散机载机电系统,是当今世界上机载机电系统综合化程度最高的子系统集成方案,极大地提升了飞机性能,因此,综合一体化热/能量管理系统代表了未来飞机机电系统综合化的发展方向。但是国内外对于综合一体化热/能量管理系统的研究基本涵盖于综合飞行器能量技术(INVENT)计划中,很少对综合一体化热/能量管理系统方案设计进行相关研究。针对此问题,本文进行了以下研究:首先,本文研究了综合一体化热/能量管理系统需具有的功能,阐述了未来飞机对系统的性能要求,提出了综合一体化热/能量管理系统的工作模式。基于上述研究得到了综合一体化热/能量管理系统顶层设计理念。其次,通过分析美国先进综合热管理系统的优劣,根据综合一体化热/能量管理系统顶层设计理念,提出了本文研究的综合一体化热/能量管理系统。具体阐述了综合一体化热/能量管理系统方案,依此研究了在五个工作模式下综合一体化热/能量管理系统的工作原理,并划分了系统边界。基于上述研究得到了综合一体化热/能量管理系统顶层设计方法。再次,本文对综合一体化热/能量管理系统内的部件进行了数学建模,利用Simulink模块搭建了综合一体化热/能量管理系统的仿真平台。并提出了综合一体化热/能量管理系统的设计计算方法,在系统仿真平台上对系统进行了设计计算。通过设计性计算得到了各工作模式下的部件性能参数,分析了系统设计的合理性。在此计算结果的基础上对系统内部件进行选型,并选取系统在全飞行包线内的典型工况点进行校核,计算结果表明,在校核点上综合一体化热/能量管理系统能满足飞机的能量需求。最后,本文借鉴传统分散机载机电系统中环境控制系统的评价方法,建立了综合一体化热/能量管理系统评价体系,分析了综合一体化热/能量管理系统的性能。并提出了一种综合一体化热/能量管理系统优化方法,对系统在各工作模式下的典型工况点进行了初步优化,使各优化点上进口流量与燃油量调配最为合理,系统燃油代偿损失最小。本文研究内容可为综合一体化热/能量管理系统的工程化提供有益的参考。