一种飞机冷源协同使用方法及装置与流程

1.本技术属于飞机热管理技术领域，特别涉及一种飞机冷源协同使用方法及装置。


背景技术：

2.油箱内燃油和机外的冲压空气是飞机两种重要的冷源。燃油和冲压空气作为飞机冷源使用时，具有不同的特点。对于燃油而言，随着发动机的消耗，机上燃油量逐渐减少，冷却能力下降，在飞行任务后期，燃油冷却能力不足。冲压空气的冷却能力与飞机的飞行高度和速度相关，高空亚声速飞行时，外界空气温度较低，且具有源源不断的量可以使用，是一种优质冷源。为了提高冷源的使用效果，需要对燃油和冲压空气两种冷源的使用方式进行合理配置。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本技术设计一种飞机冷源协同使用方法及装置，根据燃油和冲压空气两种冷源的不同特征，建立了不同冷源热沉能力的评估方法，提出了热沉合理协同配置的技术解决方案。
4.本技术第一方面提供了一种飞机冷源协同使用方法，主要包括：
5.步骤s1、基于冲压空气的气流温度与冲压空气的流量确定冲压空气热沉能力；
6.步骤s2、基于燃油油量、燃油温度及参考温度值确定燃油热沉能力；
7.步骤s3、确定机载设备散热量需求；
8.步骤s4、根据机载设备散热量需求及冲压空气热沉能力、燃油热沉能力确定是否开启与所述机载设备连接的冲压空气散热通道，和/或确定是否开启与所述机载设备连接的燃油散热通道。
9.优选的是，步骤s1中，通过在冲压空气的进入引气口截面处的温度测量装置获取冲压空气的气流温度。
10.优选的是，步骤s1中，基于飞机当前飞行高度、速度信息，确定冲压空气的进入引气口截面的气流温度t：
[0011][0012]
t＝t0[1+ma2×
(k-1)/2]；
[0013]
其中，h表示飞机飞行的海拔高度，t0表示海拔高度为h时的来流静温，k表示空气的绝热指数。
[0014]
优选的是，步骤s2中，参考温度值为被燃油冷却的第一级热端部件的门限温度。
[0015]
优选的是，步骤s4进一步包括：
[0016]
当所述机载设备散热量需求均大于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则同时开启冲压空气散热通道与燃油散热通道；
[0017]
当所述机载设备散热量需求均小于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则开启冲压空气散热通道；
[0018]
当所述机载设备散热量需求介入冲压空气热沉能力及燃油热沉能力之间，则开启热沉能力大于所述机载设备散热量需求的冲压空气散热通道或燃油散热通道。
[0019]
本技术第二方面提供了一种飞机冷源协同使用装置，主要包括：
[0020]
冲压空气热沉能力确定模块，用于基于冲压空气的气流温度与冲压空气的流量确定冲压空气热沉能力；
[0021]
燃油热沉能力确定模块，用于基于燃油油量、燃油温度及参考温度值确定燃油热沉能力；
[0022]
散热量需求确定模块，用于确定机载设备散热量需求；
[0023]
通道开启确定模块，用于根据机载设备散热量需求及冲压空气热沉能力、燃油热沉能力确定是否开启与所述机载设备连接的冲压空气散热通道，和/或确定是否开启与所述机载设备连接的燃油散热通道。
[0024]
优选的是，所述冲压空气热沉能力确定模块包括气流温度测量单元，用于通过在冲压空气的进入引气口截面处的温度测量装置获取冲压空气的气流温度。
[0025]
优选的是，所述冲压空气热沉能力确定模块包括气流温度计算单元，用于基于飞机当前飞行高度、速度信息，确定冲压空气的进入引气口截面的气流温度t：
[0026][0027]
t＝t0[1+ma2×
(k-1)/2]；
[0028]
其中，h表示飞机飞行的海拔高度，t0表示海拔高度为h时的来流静温，k表示空气的绝热指数。
[0029]
优选的是，所述燃油热沉能力确定模块包括参考温度设定单元，用于获取被燃油冷却的第一级热端部件的门限温度，并将其作为所述参考温度。
[0030]
优选的是，所述通道开启确定模块包括：
[0031]
全部通道开启单元，用于当所述机载设备散热量需求均大于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则同时开启冲压空气散热通道与燃油散热通道；
[0032]
冲压空气散热通道开启单元，用于当所述机载设备散热量需求均小于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则开启冲压空气散热通道；
[0033]
择一通道开启单元，用于当所述机载设备散热量需求介入冲压空气热沉能力及燃油热沉能力之间，则开启热沉能力大于所述机载设备散热量需求的冲压空气散热通道或燃油散热通道。
[0034]
本技术提高了机载设备的散热能力。
附图说明
[0035]
图1为本技术飞机冷源协同使用方法的一优选实施例的流程图。
[0036]
图2为本技术一优选实施例的冲压空气热沉能力评估流程图。
[0037]
图3为本技术一优选实施例的燃油热沉能力评估流程图。
[0038]
图4为本技术一优选实施例的燃油和冲压空气协同利用规律示意图。
具体实施方式
[0039]
为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
[0040]
本技术第一方面提供了一种飞机冷源协同使用方法，如图1所示，主要包括：
[0041]
步骤s1、基于冲压空气的气流温度与冲压空气的流量确定冲压空气热沉能力；
[0042]
步骤s2、基于燃油油量、燃油温度及参考温度值确定燃油热沉能力；
[0043]
步骤s3、确定机载设备散热量需求；
[0044]
步骤s4、根据机载设备散热量需求及冲压空气热沉能力、燃油热沉能力确定是否开启与所述机载设备连接的冲压空气散热通道，和/或确定是否开启与所述机载设备连接的燃油散热通道。
[0045]
需要说明的是，对于冲压空气冷源的使用，包括两种场景：第一种场景是冲压空气通过飞机的油箱结构，与油箱内的燃油发生热量交换。当冲压空气的温度低于燃油的温度时，对燃油产生冷却的效果方可提高燃油的热沉能力。第二种场景是通过在机上开出辅助的冲压进气口，从机外引入冲压空气到达特定的换热部件，如空气-燃油换热器、空气-空气换热器等。上述两种场景下，当冲压空气的温度低于换热部件或油箱的热边温度时，打开冲压空气的通路；当冲压空气的温度高于换热部件或油箱的热边温度时，为避免冲压空气对热边工质或油箱的加热，则切断冲压空气的通路。
[0046]
在一些可选实施方式中，步骤s1中，通过在冲压空气的进入引气口截面处的温度测量装置获取冲压空气的气流温度。如图2所示，冲压空气温度在线测量后，再通过机载计算器根据实时的冲压空气密度和速度及冲压口几何尺寸，计算出冲压空气当前的冷却能力，也即热沉能力。
[0047]
在一些可选实施方式中，步骤s1中，基于飞机当前飞行高度、速度信息，确定冲压空气的进入引气口截面的气流温度。
[0048]
冲压空气的热沉能力主要取决于两个方面，一是冲压空气的流量(压力)；二是冲压空气的温度。冲压空气的流量通过上面的方法可以得到，而冲压空气的温度则与外界的大气环境和飞机的飞行速度直接相关。按照标准大气条件，在飞行高度和飞行ma数确定的情况下，冲压空气进入引气口截面气流温度t满足以下关系式：
[0049]
[0050]
t＝t0[1+ma2×
(k-1)/2]；
[0051]
其中，h表示飞机飞行的海拔高度，t0表示海拔高度为h时的来流静温，k表示空气的绝热指数，一般取k＝1.4。
[0052]
燃油的热沉能力主要取决于两个方面，一是燃油的油量，二是燃油的温度。(注：这里阐述的是燃油的热沉能力，而不是燃油的热排散能力，所以与发动机的耗油率状态没有关系)。当前的燃油油量决定和温度决定了能够容纳的热量。如图3所示，燃油的油量通过机上的油量测量系统获得，燃油的温度通过布置在油箱内的燃油的温度传感器获得。具体的计算热容量时，取一个参考温度t
ref
，在一些可选实施方式中，参考温度t
ref
一般取被燃油冷却的第一级热端部件的门限温度。
[0053]
在一些可选实施方式中，步骤s4进一步包括：
[0054]
当所述机载设备散热量需求均大于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则同时开启冲压空气散热通道与燃油散热通道；
[0055]
当所述机载设备散热量需求均小于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则开启冲压空气散热通道；
[0056]
当所述机载设备散热量需求介入冲压空气热沉能力及燃油热沉能力之间，则开启热沉能力大于所述机载设备散热量需求的冲压空气散热通道或燃油散热通道。
[0057]
如图4所示，当飞行时间介于100min～300min之间时，由于燃油温度较高，可以减少燃油冷源的使用，此时切断进入液压系统的燃油管路，打开冲压空气管路，利用冲压空气来冷却液压系统。此外，图中椭圆形虚线圈所指示的部分可以看出，该飞行时间阶段内，燃油和冲压空气均对液压系统有冷却作用，该区域称为燃油与空气协同作用区域。在燃油和空气共同作用区域，燃油温度较高，其冷却能力相对不足，无法满足机载系统对制冷量的需求，因此需要同时打开冲压空气管道，借助冲压空气来共同冷却。
[0058]
本技术第二方面提供了一种与上述方法对应的飞机冷源协同使用装置，主要包括：
[0059]
冲压空气热沉能力确定模块，用于基于冲压空气的气流温度与冲压空气的流量确定冲压空气热沉能力；
[0060]
燃油热沉能力确定模块，用于基于燃油油量、燃油温度及参考温度值确定燃油热沉能力；
[0061]
散热量需求确定模块，用于确定机载设备散热量需求；
[0062]
通道开启确定模块，用于根据机载设备散热量需求及冲压空气热沉能力、燃油热沉能力确定是否开启与所述机载设备连接的冲压空气散热通道，和/或确定是否开启与所述机载设备连接的燃油散热通道。
[0063]
在一些可选实施方式中，所述冲压空气热沉能力确定模块包括气流温度测量单元，用于通过在冲压空气的进入引气口截面处的温度测量装置获取冲压空气的气流温度。
[0064]
在一些可选实施方式中，所述冲压空气热沉能力确定模块包括气流温度计算单元，用于基于飞机当前飞行高度、速度信息，确定冲压空气的进入引气口截面的气流温度t：
[0065][0066]
t＝t0[1+ma2×
(k-1)/2]；
[0067]
其中，h表示飞机飞行的海拔高度，t0表示海拔高度为h时的来流静温，k表示空气的绝热指数。
[0068]
在一些可选实施方式中，所述燃油热沉能力确定模块包括参考温度设定单元，用于获取被燃油冷却的第一级热端部件的门限温度，并将其作为所述参考温度。
[0069]
在一些可选实施方式中，所述通道开启确定模块包括：
[0070]
全部通道开启单元，用于当所述机载设备散热量需求均大于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则同时开启冲压空气散热通道与燃油散热通道；
[0071]
冲压空气散热通道开启单元，用于当所述机载设备散热量需求均小于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则开启冲压空气散热通道；
[0072]
择一通道开启单元，用于当所述机载设备散热量需求介入冲压空气热沉能力及燃油热沉能力之间，则开启热沉能力大于所述机载设备散热量需求的冲压空气散热通道或燃油散热通道。
[0073]
本技术提高了机载设备的散热能力。
[0074]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本技术作了详尽的描述，但在本技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本技术精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本技术要求保护的范围。

技术特征：
1.一种飞机冷源协同使用方法，其特征在于，包括：步骤s1、基于冲压空气的气流温度与冲压空气的流量确定冲压空气热沉能力；步骤s2、基于燃油油量、燃油温度及参考温度值确定燃油热沉能力；步骤s3、确定机载设备散热量需求；步骤s4、根据机载设备散热量需求及冲压空气热沉能力、燃油热沉能力确定是否开启与所述机载设备连接的冲压空气散热通道，和/或确定是否开启与所述机载设备连接的燃油散热通道。2.如权利要求1所述的飞机冷源协同使用方法，其特征在于，步骤s1中，通过在冲压空气的进入引气口截面处的温度测量装置获取冲压空气的气流温度。3.如权利要求1所述的飞机冷源协同使用方法，其特征在于，步骤s1中，基于飞机当前飞行高度、速度信息，确定冲压空气的进入引气口截面的气流温度t：t＝t0[1+ma2×
(k-1)/2]；其中，h表示飞机飞行的海拔高度，t0表示海拔高度为h时的来流静温，k表示空气的绝热指数。4.如权利要求1所述的飞机冷源协同使用方法，其特征在于，步骤s2中，参考温度值为被燃油冷却的第一级热端部件的门限温度。5.如权利要求1所述的飞机冷源协同使用方法，其特征在于，步骤s4进一步包括：当所述机载设备散热量需求均大于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则同时开启冲压空气散热通道与燃油散热通道；当所述机载设备散热量需求均小于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则开启冲压空气散热通道；当所述机载设备散热量需求介入冲压空气热沉能力及燃油热沉能力之间，则开启热沉能力大于所述机载设备散热量需求的冲压空气散热通道或燃油散热通道。6.一种飞机冷源协同使用装置，其特征在于，包括：冲压空气热沉能力确定模块，用于基于冲压空气的气流温度与冲压空气的流量确定冲压空气热沉能力；燃油热沉能力确定模块，用于基于燃油油量、燃油温度及参考温度值确定燃油热沉能力；散热量需求确定模块，用于确定机载设备散热量需求；通道开启确定模块，用于根据机载设备散热量需求及冲压空气热沉能力、燃油热沉能力确定是否开启与所述机载设备连接的冲压空气散热通道，和/或确定是否开启与所述机载设备连接的燃油散热通道。7.如权利要求6所述的飞机冷源协同使用装置，其特征在于，所述冲压空气热沉能力确定模块包括气流温度测量单元，用于通过在冲压空气的进入引气口截面处的温度测量装置获取冲压空气的气流温度。
8.如权利要求6所述的飞机冷源协同使用装置，其特征在于，所述冲压空气热沉能力确定模块包括气流温度计算单元，用于基于飞机当前飞行高度、速度信息，确定冲压空气的进入引气口截面的气流温度t：t＝t0[1+ma2×
(k-1)/2]；其中，h表示飞机飞行的海拔高度，t0表示海拔高度为h时的来流静温，k表示空气的绝热指数。9.如权利要求6所述的飞机冷源协同使用装置，其特征在于，所述燃油热沉能力确定模块包括参考温度设定单元，用于获取被燃油冷却的第一级热端部件的门限温度，并将其作为所述参考温度。10.如权利要求6所述的飞机冷源协同使用装置，其特征在于，所述通道开启确定模块包括：全部通道开启单元，用于当所述机载设备散热量需求均大于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则同时开启冲压空气散热通道与燃油散热通道；冲压空气散热通道开启单元，用于当所述机载设备散热量需求均小于冲压空气热沉能力及燃油热沉能力，则开启冲压空气散热通道；择一通道开启单元，用于当所述机载设备散热量需求介入冲压空气热沉能力及燃油热沉能力之间，则开启热沉能力大于所述机载设备散热量需求的冲压空气散热通道或燃油散热通道。

技术总结
本申请属于飞机热管理技术领域，特别涉及一种飞机冷源协同使用方法及装置。该方法包括步骤S1、基于冲压空气的气流温度与冲压空气的流量确定冲压空气热沉能力；步骤S2、基于燃油油量、燃油温度及参考温度值确定燃油热沉能力；步骤S3、确定机载设备散热量需求；步骤S4、根据机载设备散热量需求及冲压空气热沉能力、燃油热沉能力确定是否开启与所述机载设备连接的冲压空气散热通道，和/或确定是否开启与所述机载设备连接的燃油散热通道。本申请提高了机载设备的散热能力。了机载设备的散热能力。了机载设备的散热能力。


技术研发人员：王亚盟 刘亮亮 傅恽涵 赵营 陈闯
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/5/30