基于膜除湿的飞机新型环境控制系统模拟研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr．252011V01．32No．4589-597ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．GRhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000-6893(2011)04—0589-09基于膜除湿的飞机新型环境控制系统模拟研究袁卫星1’*，王晨洁1，李运祥21．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京1001912．中航工业金城南京机电液压工程研究中心航空环境控制系统部，南京210061摘要：提出了一种采用高限空气膜除湿组件的飞机新型环境控制系统(ECS)。在

2、分析了系统丁作原理的基础上，建立了该系统中各主要部件的数学模型，并采用分块建模的思想。开发了该新型环境控制系统的计算机仿真模型库，并与传统高压除水飞机环境控制系统进行了性能仿真比较。仿真结果表明：所开发的模型库具有良好的动态响应性能和稳态值；与传统系统相比采用膜除湿的飞机新型环境控制系统在系统结构．性能和重量方面有一定的优势，值得进行深入的性能试验研究，以为膜除湿飞机新型环境控制系统(MADECS)研究奠定良好的基础。关键词：飞机环境控制系统；除湿；膜；数学模型；仿真中图分类号：V245．3文献标识码：A随着各类飞机性能的提高，各种机载电子设备数量和功率也迅速增加，电子设备所产生的热量一旦

3、超出现有系统的制冷能力，其可靠性将大为降低。因此，研制高性能飞机环境控制系统(Envi—ronmenta

4、ControlSystem，ECS)是提高飞机综合性能的重要途径，这就对飞机环境控制系统提出了更高的要求：既要求系统能充分满足制冷功率需求，又要求系统性能系数高、重量轻并且结构紧凑。基于高性能飞机对环境控制系统的要求，结合国内外已经成熟应用于工业化生产的高压空气膜除湿技术Ll。j，本文提出了一种采用膜高压空气除湿的飞机新型环境控制系统，将高压空气膜除湿技术应用于升压式高压除水飞机环境控制系统。为了进行更充分的研究，还建立了系统中各关键部件的数学模型，应用MATLAB软件提供的Simul

5、ink仿真模块对系统性能进行了仿真计算，对该系统的整体性能进行了分析，并与传统高压除水式环境控制系统进行了性能对比。1应用膜组件的飞机环境控制系统飞机环境控制系统直接影响飞机的整体性能，是飞机组成的重要子系统。飞机环境控制系统中的制冷系统主要有两大类型：蒸发循环制冷系统和空气循环制冷系统。目前，由于空气循环制冷的综合优势，大部分的飞机都采用空气循环制冷系统。但当空气循环制冷系统在地面或低空应用时(如直升机、旅客机等)，外界环境的高湿条件会对飞机座舱和设备舱产生极大的影响：降低了电子设备的可靠性，降低了环境控制系统的制冷量等。所以说环境控制系统除湿性能的高低，很大程度上决定了系统整体性能的优

6、劣。为了提高飞机环境控制系统的制冷性能、减少对发动机的引气并得到无液态水滴的干燥的电子设备冷却用冷空气，目前世界上多种先进飞机，例如美国的F一18、F-15、波音737-400、波音757、波音767、波音777、A320、A330和A340等均采收藕日期：2010-06．28；退修日期：2010-08．27；录用日期：2010-10．25；网络出版时问：2011-01．2017：28网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V．20110120．1728．003．hIl刊∞l：CNKI：11-1929／V．20110120．1728．003基金项目：航空

7、科学基金(2008zC51052)*通讯作者．Tel．：010-82338878E-mail：yLianwx@buaa．e由．∞引用格武l囊

8、基，王晨洁．事运祥．基于骥除漫的飞机新型环境控翻系统摸揪研究￡J]．航空学搬．201I，32(4)：589-597YuanWeixing·WangChenjie．LiYunxiang．Simulationstudyofanoriginalmembrane-baseddehumidificationaircraftenvironmentalcontrolsystem[以．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．201t．

9、32(4)：589-597．航空学报Apr252011V01．32No4用了高压除水式环境控制系统。该类系统基本的两轮升压式高压除水系统的T作原理如图1所示‘j1(图中数字编号l～10和l’～47分别为系统的各个关键状态点)。图l两轮升压式高压除水环境控制系统Fig．1Two-wheelhigh-pressuredewaterECS该系统空气除水的方式为：利用冷却涡轮出口的冷空气冷却涡轮入口前尚未膨胀降温的高压和高温空气