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机载电子舱冷却系统质量优化的方法

阅读:515发布:2023-02-20

专利汇可以提供机载电子舱冷却系统质量优化的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及 能量 管理与轻量化领域,尤其是一种基于机载 电子 舱冷却系统的 质量 优化方法,可以有助于对机载电子舱冷却系统轻量化,减少燃油消耗,提升飞行性能。根据本发明的一个方面,提供了机载电子舱冷却系统质量统计模型的建立方法。其特征在于:建立机载电子舱冷却系统质量简化模型,建立机载电子舱冷却系统燃油代偿损失质量模型,建立机载电子舱冷却系统 冲压 空气补偿燃油代偿损失模型。根据本发明的另一个方面,提供了一种对对机载电子舱冷却系统轻量化优化的方法,其特征在于:根据机载电子舱冷却系统质量统计模型,引入拉格朗日方程,并对主要质量参数F1,F2,以及主要飞行参数Ce,τ0求偏导,得到关于上述4变量的方程组,求解该方程组,即可得到飞行过程中燃油代偿损失最小的条件下最小系统总质量的最优解。,下面是机载电子舱冷却系统质量优化的方法专利的具体信息内容。

1.一种机载电子舱冷却系统质量优化的方法,其特征包括:
建立机载电子舱冷却系统质量简化模型:
式中:
mc为机载冷却系统固定质量, n=2,分别代
冷凝器蒸发器,
mv为机载冷却系统可变质量,
为换热器质量,其中F为换热器换热面积,δ为换热器平均壁厚,ρ为换热器密度
(aN+b)为压缩机质量,其中N为系统总功耗,
a为部件功耗比质量,b为系统参数,
Ne为相关电源系统质量,其中e为供电系统比质量,
πdlLδlρl为管道质量,其中δ为管道壁厚,ρl为管材密度,L为管道长度为管道内冷媒质量,其中dl,ρr为管道直径、冷媒密度,Lr为管长。
为管道内冷却液质量,其中de,ρe为管道直径、冷却液密度,Le为管长。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于燃油代偿损失质量模型为
δm=δmc+δmv=mc[exp(ceτ0g/k)-1]+mv(k/ceτ0g)[exp(ceτ0g/k)-1]式中
δmc为系统固定质量引起的燃油代偿损失,δmc=mc[exp(ceτ0g/k)-1],其中Ce为燃油比耗,K为飞行器气动质量,g为重加速度,τ0为飞行时间。
δmv为系统可变质量引起的燃油代偿损失,
δmv=mv(k/ceτ0g)[exp(ceτ0g/k)-1]。
3.根据权利要求1的方法,其特征在于冲压空气补偿燃油代偿损失质量模型为δmr=-NCe[exp(ceτ0g/k)-1]。
4.根据权利要求1、2、或3的质量模型,其特征在于机载电子舱冷却系统质量统计模型为:
mtotal=mc+mv+δmc+δmv+δmr。
5.根据权利要求4的方法,进一步包括:
(a)引入拉格朗日方程,其中
F=mc+δmc+λ(mv+δmv-δmr)
(b)对函数F中变量F1,F2,以及Ce,τ0求偏导,得到方程组
(c)求解上述方程组,得到机载电子舱冷却系统在燃油代偿损失最小的条件下最小系统总质量的最优解。
6.根据权利要求5的方法,其特征在于进一步包括:
建立机载电子舱冷却系统质量简化模型的步骤,
建立机载电子舱冷却系统燃油代偿损失质量模型的步骤,
建立机载电子舱冷却系统冲压空气补偿燃油代偿损失模型的步骤,
建立机载电子舱冷却系统质量统计模型的步骤,
对机载电子舱冷却系统进行质量优化的步骤。

说明书全文

机载电子舱冷却系统质量优化的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及能量管理与轻量化领域,尤其是一种基于机载电子舱冷却系统的质量优化方法。

背景技术

[0002] 机载电子舱冷却系统的轻量化能够有效的减轻飞行器燃油的消耗并提升其飞行性能,在飞行器质量优化中具有重要的地位。机载电子舱冷却系统的固定质量部件主要由换热器,压缩机,管件等组成,可变质量主要由管路中的冷媒,冷却液流体组成;目前,针对单一部件的质量,结构优化较多,但是对于机载电子舱冷却系统的质量结构的整体优化方法比较少,且没有结合飞机实际飞行的特点。

发明内容

[0003] 为了克服上述的问题,本发明提出了一种机载电子舱冷却系统的综合质量优化方法,其可以有助于对机载电子舱冷却系统轻量化,减少燃油消耗,提升飞行性能。
[0004] 根据本发明的一个方面,提供了机载电子舱冷却系统质量统计模型的建立方法。其特征在于:建立机载电子舱冷却系统质量简化模型,建立机载电子舱冷却系统燃油代偿损失质量模型,建立机载电子舱冷却系统冲压空气补偿燃油代偿损失模型。
[0005] 根据本发明的另一个方面,提供了一种对对机载电子舱冷却系统轻量化优化的方法,其特征在于:根据机载电子舱冷却系统质量统计模型,引入拉格朗日方程,并对主要质量参数F1,F2,以及主要飞行参数Ce,τ0求偏导,得到关于上述4变量的方程组,求解该方程组,即可得到飞行过程中燃油代偿损失最小的条件下最小系统总质量的最优解。
[0006] 根据本发明,提供了一种机载电子舱冷却系统质量优化的方法,其特征包括:
[0007] 建立机载电子舱冷却系统质量简化模型:
[0008]
[0009] 式中:
[0010] mc为机载冷却系统固定质量, n=2,分别代表冷凝器蒸发器,
[0011] mv为机载冷却系统可变质量,
[0012] 为换热器质量,其中F为换热器换热面积,δ为换热器平均壁厚,ρ为换热器密度
[0013] (aN+b)为压缩机,泵质量,其中N为系统总功耗,
[0014]
[0015] a为部件功耗比质量,b为系统参数,
[0016] Ne为相关电源系统质量,其中e为供电系统比质量,
[0017] πdlLδlρl为管道质量,其中δ为管道壁厚,ρl为管材密度,L为管道长度[0018] 为管道内冷媒质量,其中dl,ρr为管道直径、冷媒密度,Lr为管长。
[0019] 为管道内冷却液质量,其中de,ρe为管道直径、冷却液密度,Le为[0020] 管长。

具体实施方式

[0021] 本发明提供了一种机载电子舱冷却系统的综合质量优化方法,在燃油代偿损失最小的约束下,实现冷却系统轻量化的最优解,减少飞机燃油消耗,提升飞行性能。
[0022] 图1显示了根据本发明的一个实施例,根据该实施例的一种机载电子舱冷却系统的综合质量优化方法包括:
[0023] (1)建立机载电子舱冷却系统质量简化模型
[0024] 对机载电子舱冷却系统进行简化,对冷却系统部件进行区分,确定换热器,压缩机,泵,阀门等部件的数量并将其进行编号,估算管道长度,确定管材材质。建立机载电子舱冷却系统质量简化模型,以图1为例,有
[0025]
[0026] 式中:
[0027] mc为机载冷却系统固定质量,
[0028] 为换热器质量,其中F为换热器换热面积,δ为换热器平均壁厚,ρ为换热器密度,n=4,分别代表图1中的液-液蒸发器、液-液冷凝器、气-液换热器、液-燃油换热器。
[0029] (aN+b)为压缩机,泵质量,其中a为部件功耗比质量,b为经验系数,N为系统总功耗。
[0030] Ne为相关电源系统质量,其中e为供电系统比质量,
[0031] πdlLδlρl为管道质量,其中δ为管道壁厚,ρl为管材密度,L为管道长度[0032] 为管道内冷媒质量,其中dl,ρr为管道直径、冷媒密度,Lr为管长。
[0033] 为管道内冷却液质量,其中de,ρe为管道直径、冷却液密度,Le为管长。
[0034] (2)建立燃油代偿损失质量模型
[0035] 燃油代偿损失质量模型由两部分组成,其一为系统固定质量引起的燃油代偿损失,用δmc表示,δmc=mc[exp(ceτ0g/k)-1],其中Ce为燃油比耗,K为飞行器的气动质量,g为重加速度,τ0为飞行时间。其二为系统可变质量引起的燃油代偿损失,用δmv表示,δmv=mv(k/ceτ0g)[exp(ceτ0g/k)-1],所以,燃油代偿损失质量模型可以表示为[0036] δm=δmc+δmv=mc[exp(ceτ0g/k)-1]+mv(k/ceτ0g)[exp(ceτ0g/k)-1][0037] (3)建立机载电子舱冲压空气补偿燃油代偿损失质量模型
[0038] 由于该冷却系统采用封闭回路,冷端使用冷却液作为介质,减少了冲压空气的引入,故而存在冲压空气补偿燃油代偿损失质量,其模型可以表示为
[0039] δmr=-NCe[exp(ceτ0g/k)-1],由于间接的减少了质量,所以是负值。
[0040] (4)建立机载电子舱冷却系统质量统计模型
[0041] 综上可以得到机载电子舱冷却系统质量统计模型,其可以表示为,[0042] mtotal=mc+mv+δmc+δmv+δmr。
[0043] (5)针对机载电子舱冷却系统质量统计模型,对其进行优化,其方法如下,引入参数λ,构建拉格朗日方程,如下所示:
[0044] F=mc+δmc+λ(mv+δmv-δmr),对对主要质量参数F1,F2,以及主要飞行参数Ce,τ0求偏导,构建方程组如下所示,
[0045] 联立求解该方程组,可以得到机载电子舱冷却系统在燃油代偿损失最小的条件下最小系统总质量的最优解。
[0046] 本发明与现有的飞行器质量优化方法相比具有以下优点:
[0047] (1)建立了机载电子舱冷却系统质量统计模型,充分考虑了冷却系统各个组件对于全系统的影响,提高了模型的准确性,为得到最优解做好了铺垫。
[0048] (2)基于机载电子舱冷却系统的轻量化,既满足了飞行器能量管理的要求,也全面的分析了全系统的质量构型,弥补了飞行器结构与热优化过程中,能量管理与质量管理两者无法良好统一的缺陷
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