飞机吊舱热系统计算机仿真研究.pdf

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1、2002年12月北京航空航天大学学报December2002第28卷第6期JOurnaIOfBeijingUniversityOfAerOnauticsandAstrOnauticsVOI.28NO.6飞机吊舱热系统计算机仿真研究董素君刘猛王浚（北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系）摘要：建立了电子吊舱热系统仿真模型，并利用仿真软件对其进行动态仿真研究，得到了吊舱冷负荷及主要温度参数沿一定飞行包线的变化情况，辅助完成了制冷系统的选型及校核检验工作，并为吊舱的结构参数优化提出了合理性建议.研究结果表明动态仿真研究为吊舱制冷系统的选型及设计提供了先进的计算分析工具.关键词：仿真；动态性能；环

2、境控制；飞机设备舱+中图分类号：V245.343文献标识码：A文章编号：1001-596（52002）06-0671-04仿真技术已被广泛地应用于控制系统及大型［1］系统工程设计，在制冷设备研究领域也有广泛［2］，［3］应用.本文针对某型战斗机的电子吊舱，在先进的MATRIXX仿真软件平台上建立了其热系统的仿真模型，并对一定制冷工况下，沿一定飞行图1前舱结构示意图包线飞行状况进行了仿真计算，得到了吊舱的实际热负荷及主要温度参数随飞行过程的变化情况，为直观地分析吊舱的动态热负荷及制冷系统的制冷效果提供了先进的计算分析软件工具，对吊舱热控系统的选型和设计具有一定的指导意义.图2后舱结构示意图配

3、部分的仿真计算，直接引用一定送风量下的最!热系统仿真模型的建立后冷却流体分配结果.这样吊舱热负荷仿真模型主要由能量微分方程、传热方程组成.依据MA-!"!仿真模型结构的抽象处理TRIXX仿真软件模块建模的思想及吊舱具体结构电子吊舱分前后两舱，中间由隔板相隔.前舱情况，可将整个吊舱分为由舱体壁面单元组成的电子设备为一整体，因要求温度较低，使用氮气为整个壁面、舱内电子设备、冷却气体及输入等四大冷却介质.后舱主要由4个电子设备箱组成，采用模块，每个大模块又由更小的如换热系数、物性计空气冷板冷却方式，因舱体较长，壁面上装有环状算等模块组成，各个模块之间以输入输出参数相T型加固框架.为了仿真研究的方

4、便，整个吊舱分互连接，从而构成前舱及后舱的仿真模型.下面重为前后两舱分别进行研究，并对吊舱结构进行了点介绍吊舱热系统中主要模块数学模型的建立过一定抽象简化，结果如图1和图2所示.后舱由送程.风管进入的冷却空气一部分进入冷板内直接冷却!"#输入工况模块的仿真模型设备，另一部分进入舱体内冷却舱体，两部分空气考虑到电子吊舱受飞行工况及设备工作状态均通过回风管循环至制冷系统.的影响很大，因此，将这部分归纳为输入模块单独因本文主要探讨一定制冷工况下，吊舱冷负建立.该模块主要包括飞行航迹、飞行马赫数、前、荷及主要温度参数在整个飞行包线中变化过程，后设备发热量、大气温度及送风参数的计算，可根因而，忽略了

5、由结构参数决定的冷却流体流量分收稿日期：2001-05-29作者简介：董素君（1972-），女，河南郑州人，博士生，100083，北京.672北京航空航天大学学报2002年据飞行包线按时间以分段函数的形式确定.OO随舱体位置的变化情况.从图中可以看出，OO1.3舱体壁面仿真模型的建立在前舱位置随长度方向变化较快，在后舱位置变l.3.l壁面数学模型化较慢，因此，后舱仿真单元长度可略微长些.最因为舱体蒙皮为薄壁高导热材料，因此，假设后，前舱以0.2m舱体为模型单元，共3个单元，热流只沿厚度方向进行，即按一维传热问题处理.后舱则可按设备结构的需要分为4个单元，每单单位长度舱体的热平衡方程式为元舱

6、体长0.55m.cTsFOSsPccT=0aOs-0sai-0sef（l）式中，舱外气动换热量0aOs=FO（OTaO-Ts）；壁面与舱内空气的换热量0sai=FiO（iTs-Tai）；壁面与设备间的辐射换热量T4T4图3距舱头不同位置处的OOse0sef=5.67EsFi[()-()]l00l001.4电子设备仿真模型的建立式中，T为附面层恢复温度；T为舱内空气温度；aOai前舱设备主要冷却方式为舱内空气与设备间Te为设备表面温度.对流换热及壁面与设备表面间的辐射换热，因此-l2TaO计算公式为TaO=T1(l+r2Ma).其主要影响设备换热的因素为Ts，Te及Oi.设备表中，T为飞行高

7、度I上的大气温度；r为恢复系面温度与设备热容有关，电子设备的发热元件设1数；Ma为飞行马赫数.置在设备表面，且要求发热量立即被冷空气带走，舱外局部换热系数O按流体沿平板强迫流因此，本文按换热表面积下2mm厚度的体积作为O电子设备的热容部分建立其热平衡方程为OOxll动情况处理，即：Nu==0.332Re2Pr3（层cTRe（2）VPcp=0e-0eai+0esfcTOOx0.80.4流）；Nu==0.0296RePr（紊