超声速飞行器热管理系统建模及方案优化设计研究

发布时间：2020-07-25 21:53

【摘要】：本文以某型超声速飞行器的综合热管理系统传热模型及方案优化设计为研究目标,参考国外典型的综合热管理系统,以燃油作为主要热沉和液体蒸发器作为辅助热沉,在燃油循环冷却系统中整合了液压油冷却、滑油冷却、设备舱冷却等系统,围绕综合热管理仿真模型的搭建、综合热管理系统的优化设计研究等方面开展研究,对整机的热量进行优化控制,选题具有重要的应用价值。本文分别对综合热管理热源模型、综合热管理热传递模型和综合热管理热控模型进行分析,在简化假定的基础上,建立了各传热部件的数学模型,基于Flowmaster软件对典型包线下的综合热管理系统进行了仿真计算,系统地模拟了热管理系统中存在的流动传热过程,对综合热管理系统特征系统地进行了分析;以隔热毡质量作和两套液体蒸发器中冷却液消耗质量的线性加和作为优化设计目标,以隔热毡厚度和两套液体蒸发器的工作功率作为优化设计变量,以发动机燃油温度上限作为约束条件,建立了热管理系统优化设计的数学模型,基于代理模型技术和Isight设计优化平台对综合热管理方案进行了优化探索。研究结果表明,本文所提出的综合热管理系统能在飞行任务全包线范围内可以满足综合热管理的需求,代理模型的目标函数值与采用Flowmaster仿真计算的结果误差较小,代理模型拟合程度较高,优化工作具有可行性。本文研究结果对综合热管理系统的设计具有参考意义。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V245.3;V444.36
【图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文冷介质会经由燃油冷却，最终返回至油冷介质容器中。(2) 次级油冷回路主要用于润滑及吸收发动机其余附件的热量。该发动机热管理方案简单易行，便于设计和实现。然而，由于流向发动机的燃油的温度超过限制，在某些情况下需要引入额外的空气对循环系统进行冷却，导致发动机整体功率，增加了燃油的消耗量。

图 1.1 美国联合技术公司提出的热管理系统示意图[9] 年，Petley[11]等人提出图 1.2 所示的冷却方案，建立了综合热管理系统的基本思想是以燃油作为热沉，将发动机冷却系统、环境控制系统、液压系统等系系统联合起来，通过计算机实时监控综合热管理各部件的工作温度，合理调，满足综合热管理系统各部件的冷却需求，将吸热后的燃油输进发动机，满管理与利用。

超声速飞行器热管理系统建模及方案优化设计研究这一方案在日后的研究中逐渐被更为完善的热管理方案所替代。如今的研究者们普遍是 F-22 战机中的热管理方案[12]。该方案依托于先进的子系统集成技术（SUIT），不同于环控系统、液压散热系统、滑油散热系统、发动机燃油系统等飞行机电系统分别设计的方方案将飞机的各系统有机地结合起来，搭建了一个综合的飞行器的热能管理系统，实现子系统之间热量的互补和综合利用。F-22 战机热管理系统图如图 1.3 所示：

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本文编号：2770417