机载蒸发循环制冷系统的控制策略研究

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1、中图分类号：V245.3论文编号：102870116-S225学科分类号：082504硕士学位论文机载蒸发循环制冷系统的控制策略研究研究生姓名文涛学科、专业人机与环境工程研究方向环境控制工程指导教师张大林教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringTheControlStrategyofAircraftVapo

2、urCompressionCoolingSystemAThesisinMan-machineandEnvironmentalEngineeringbyWenTaoAdvisedbyProf.ZhangDalinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致

3、谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要为了提高飞机的综合性能，越来越多的先进电子设备被应用于各型飞机上，导致设备发热功率激增。传统的空气循环制冷系统对引气的能量利用率较低，带走这些热负荷将会增大从

4、发动机的引气量以致对发动机性能造成影响。为了解决这个难题，美国率先为其先进的战机研制了机载综合热管理系统，并将制冷效率高的蒸发循环制冷系统引入该系统中。机载蒸发循环制冷系统相比于地面的情况，具有工作环境参数和系统热负荷变化速度快、幅度大等显著不同点，因此需要对其系统特性及控制策略进行全面的深入研究。本文以蒸发循环制冷系统作为研究对象，针对其开环系统特性和以制冷量为控制变量同时兼顾蒸发压力或者蒸发器出口过热度的控制策略开展了相关的试验研究。具体工作内容及相关结论总结如下：（1）为了真实模拟机载蒸发循环制

5、冷系统，设计和搭建了制冷量，热负荷以及冷却水温度能够快速、大幅调节的试验台；其中制冷量通过制冷剂回路中的变频压缩机和电子膨胀阀调节，系统热负荷和冷却水温度分别通过载冷水回路中可控电加热器和冷却水回路中的电动三通阀进行调节。（2）利用搭建的试验台研究了蒸发循环制冷系统的开环特性：当压缩机转速，电子膨胀阀开度，冷却水与载冷水流量和温度变化后，系统蒸发压力，冷凝压力，蒸发器出口过热度，制冷量等参数的响应情况。（3）以系统热负荷和冷却水进口温度为扰量，比较了分别选取两组控制变量：蒸发器出口过热度/载冷水出口温

6、度和蒸发压力/载冷水出口温度时的控制效果。自动控制策略中采用单回路PID控制器调节压缩机转速来控制载冷水出口温度以及带有前馈信号的PID控制器调节电子膨胀阀开度来控制蒸发器出口过热度或者蒸发压力。试验结果表明：以上控制策略都能将载冷水出口温度维持在设定值附近，但是采用过热度为控制量的调节过程中，由于蒸发器出口制冷剂状态偶尔出现的剧烈波动而导致过热度也出现剧烈震荡，调节过程不是很平稳；相比于过热度调节过程中出现的波动，采用蒸发压力为控制量的调节过程则不会出现大幅震荡，调节过程更加平稳，可靠。关键词：机载

7、系统，蒸发循环制冷，试验，控制策略，PID控制I机载蒸发循环制冷系统的控制策略研究ABSTRACTInordertoimprovethecomprehensiveperformancesofaircraft,moreandmoreadvancedelectronicdeviceshavebeenappliedtovariousairplanes,thisinevitablycontributestothesharpincreasingofheatloadinairplanes.Byusingthetr

8、aditionalaircyclecoolingsystemtoremovesuchhugeheatloadwouldincreasetheamountofthebleedairduetothelowutilizationrateandhavebadinfluenceontheengineoftheaircraft.Toovercomethisproblem,theAmericanhavedevelopedintegratedthermalmanagem