无人机燃油-环控系统热管理研究

发布时间：2020-08-31 15:39

　　 最近几年,无人机相关的技术有了很大进步,并在军民等多个领域的多种任务中,无人机开始逐渐取代有人飞机。尤其在军用领域中,无人机由于其无人特性及起飞便捷等优势,得到了国家的重视,逐渐在通讯、电子对抗、空中袭击、信息收集、导航等领域中发挥重要作用。然而随着无人机开始承担各种复杂的任务,无人机上的电子设备数量急剧增加,进而增大了无人机的热负荷,故而设计无人机热管理系统有了重要的研究价值。本文针对某典型无人机,基于其不同子系统热负荷、飞行工况等情况进行设计,获得了以燃油作为最终热沉,整合燃油系统、液冷散热系统、风冷散热系统以及蒸发循环散热系统的燃油-环控热管理方案。通过数值计算的方法研究了该方案中所需的边界条件。本文通过曲线拟合法建立了工质物性参数的数学模型,并建立了系统部件的数学模型:通过集总参数法建立油箱、单相换热器的动态模型;通过移动边界法建立蒸发器、冷凝器的动态模拟;通过集总参数法建立泵、压缩机、膨胀阀的稳态模型。根据无人机燃油-环控热管理系统方案,通过MATLAB/SIMULINK软件创建各个部件的仿真模型。在地面温度40℃的热极限工况下分别进行开环以及控制仿真计算以探究该方案的可行性,并对方案进行了进一步优化。最后在控制方案的基础上,探究了使用新型材料的可能性。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V279
【部分图文】：

图 1. 1 F-22 综合热管理系统原理流程图空气/空气换热器，B 代表空气/PAO 换热器，C 代表 PAO/燃器，E 代表滑油/燃油换热器，F 代表空气/燃油换热器。系统：高温高压的冲压空气从发动机中出发，经过空气冷却低温 PAO 系统进一步降温之后，对座舱及电子舱 1 进行冷却O 系统：PAO 是一种聚烯类合成载冷剂，拥有良好的低温特压空气后进入电子舱，带走电子舱的热量后通过蒸发制冷循循环系统：蒸发制冷循环系统由蒸发器、冷凝器、压缩机及化吸热，然后进入压缩机经压缩升温升压，再进入冷凝器液发器。 系统：高温 PAO 系统中的 PAO 在冷凝器中吸热后进入空气 PAO/燃油换热器散热，之后返回冷凝器。系统：燃油离开燃油箱后分别从高温 PAO、液压油、滑油余部分经冲压空气冷却后返回燃油箱。理系统由诸多分系统组合而成，并且各分系统换热情况不一

无人机燃油-环控系统热管理研究中有以下油箱：消耗油箱、机翼左油箱、机翼右油箱、I 号左油II 号油箱、III 号左油箱、III 号右油箱、IV 号左油箱、IV 号右相近且外环境相同的油箱合并：把 I 号左油箱、1 号中油箱、I立前油箱，把 III 号左油箱、III 号右油箱、IV 号左油箱、IV 号右位置示意图如图 2. 2 所示。图中红色部分为机翼油箱，褐色部，蓝色部分为消耗油箱。

南京航空航天大学硕士学位论文11图 2. 3 无人机基本换热图2.3.1 外界空气相关参数外界空气的温度计算公式如下：T T 0.0065 H0（2.1）式中，0T 表示地面温度，单位为K ；H 表示飞行高度，单位为 m。该公式仅在飞行高度低于 11000m 时适用，但本文中无人机飞行高度不会超过 11000m，故可以使用该公式。外界空气压力计算公式如下：5.25590P 101325*(1-H/44330)（2.2）式中，H 表示飞行高度，单位为 m。该公式仅在飞行高度低于 14000m 时适用

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本文编号：2809001