飞机空气循环制冷系统控制仿真简析

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1、飞机空气循环制冷系统控制仿真简析2018-03-0820:53:07科技传播2018年4期史索清+路高社+梁双+周M玲摘要飞机空气循环制冷系统既可以为飞行员和空乘人员提供相对舒适的座舱环境，也可以在为电子设备提供冷源的皋础上，为设备的优良工作温湿度环境提供保障。计算机仿真分析是对飞机在空中E行状态进行模拟的有效方式。文章主要从E机空气循环制冷系统原理入手，对空气循环制冷系统的控制仿真重点关注问题进行了探究。关键词空气循坏制冷系统；仿真分析；故障仿真；PID算法；PID调节参数中图分类号TP3文献标识码A文章编号1674-6708

2、(2018)205-0117-02在各种飞行环境下为飞行员、旅客和空勤人员的生活环境提供保障，是飞机环境控制的主要n标。从制冷机理的角度來看，e机环境控制系统主耍由空气循环制冷系统和蒸发循环制冷系统组成。空气循环制冷系统是较为常用的飞机环境控制方式。系统重量轻、附件数量少、维护成本低是这一系统的主要特点。传统PID与专家系统、模糊控制和神经网络控制技术z间的融合，可以有效促进空气循环制冷的控制品质的提升。随着计算机技术的发展，飞机空气循环系统会表现出朝着综合数拯交换和综合控制方而发展的特点。1E机空气循环制冷系统工作原理來自发动

3、机压气机的高温髙压空气经压力调节安全阀与流量控制活门后，进入制冷组件的初级换热器，在初级换热器里与冲压空气进行热交换，被冷却的气体从初级换热器岀来进入制冷组件屮的压缩机，被压缩成高温高压的气体流入次级换热器再次由冲压空气冷却，然后通过高压水分离器、回热器、冷凝器与涡轮，气体在涡轮中膨胀后降温，降温的冷气与来白热路区域温控活门的热空气经温控系统监控处理后按i定比例混合，最终以适宜的温度供入座舱［1］。2飞机空气循环制冷系统主要部件建模与仿真要求2.1空气循环机在建模时，由于三轮空气循环机中涡轮、压气机与风扇动态响应时间很短，其滞后

4、对系统影响较小，在工程计算屮可以忽略，因此，采用其稳态特性建立数学模型即可。三轮空气循环机组的功率匹配仿真，在初始转速下，首先应计算出涡轮的输出功和风扇的耗功,将两者的功率Z差作为输入量给压气机，压气机计算出该输入功条件下的新的转速与输入转速对比，并将该转速再一次输出给涡轮和风扇进行迭代计算，克到三者转速和功率满足条件为止。2.2换热器换热器因热交换过程存在水蒸气的相变过程，对换热器出口温度影响很人，干态换热效率计算方法不再适用，宜选用非线性大系统分析的分块参数集结法，即认为流动气体是一维的，忽略气体与壁面的纵向热传导，每个单元

5、模块内认为壁面温度只是时间函数，然后采用能量方程推导热交换器的数学模型。2.3系统控制系统控制采样PID算法确定后，希对PID的参数进行调整。参数调整过程可以让一些动态指标得到优化，也会使部分指标表现出恶化等问题，因而针对不同控制对象的不同控制要求，需要在系统整定过程屮对空气循环制冷系统的整体性能进行关注。一般情况下，飞机空气循环制冷系统屮所包含的表征系统动态特性指标主要包含了以下内容：1）衰减比和衰减率。2）最人动态偏差和超调量。3）残余偏差。4）调节时间和振荡频率。5）误差积分指标。一般请况下Z-N参数整定方法是空气循坏制冷

6、系统仿真PID算法屮常用的参数整定方法。这种控制方法以被控制对象的控制通道阶跃相应为主要控制依据，并借助一些经验公式对解控制器的最佳参数进行确定。2.4系统仿真结果在系统建模，对参数匹配完成后，对制冷系统仿真结果应重点关注在随飞机飞行速度和高度变化时，引气流量的波动、冷边冲压空气流量与温度变化对制冷组件出口气体温度的影响。正常系统冷边冲压空气流量与温度变化对初级散热器与压缩机出口温度影响较大，而对涡轮出口温度的影响则很小。对座舱温控系统，则应关注座舱温度传感器、供气管路温度传感器与区域温控活门响应的匹配性，避免供气温度人幅度阶跃

7、跳变、温控活门开度超调或滞后。3飞机空气循坏系统的故障仿真3.1FCV故障仿真循环系统的故障仿真也是飞机空气循环制冷系统仿真研究屮不可忽视的内容。FCV系统是控制通往空调组件的空气流量，发挥组件关断作用的重要工具。通过FCV故障仿真，设定在某个时间段组件活门发生故障，检测热气流量是否增大，涡轮出口温度与FCV故障前对比是否偏高，仿真结果与实际的故障结果是否一致。热气流量增加、制冷组件出口温度升高是FCV故障的主要表现形式。3.2热交换器故障仿真热交换器也是空气循环机系统屮的重要部件。热交换器的可靠性可以被看作是飞机环境控制系统的

8、可靠性的主要影响因素。随着循环制冷系统工作时间增加，空气中杂质在热交换器屮的積累，出现热交换器气流通道截面变窄，热交换器出现堵塞或效率降低问题。在初级热交换器、压气机处于正常工作状态的情况下，模拟假定某个时间段次级热交换器出现堵塞问题，检测热交换器的工作效率是否