CN109697307A - 一种基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法 - Google Patents

一种基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于飞机燃料热管理技术领域，具体涉及一种基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法，包括：信息获取步骤：获取飞机完成一次飞行任务的飞行剖面信息；基准确定步骤：选取基准时刻，并设定基准温度；燃料冷却能力确定步骤：根据飞行剖面信息、基准时刻、基准温度、飞机的初始参数、飞机的燃料的物性参数、推进系统设定温度得到燃料在飞机完成飞行任务过程中任一时刻的冷却能力；其中，基准时刻为飞机在完成飞行任务过程中的一个时刻；基准温度为燃料在飞机的供油箱内于基准时刻时的设定温度，基于其关联得到飞行任务过程中任一时刻的燃料在供油箱内的温度不超过供油箱设定温度；推进系统设定温度为燃料在飞机的推进系统中允许的最高温度。

Description

一种基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法
技术领域
本申请属于飞机燃料热管理技术领域，具体涉及一种基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法。
背景技术
机载燃料不仅是飞机能量的来源也是飞机上最大的冷却资源，当前，随着飞机性能的提高，其散热需求也随之提高，在此背景下精确规划、合理利用机载燃料进行冷却成为必然，精确规划、合理利用机载燃料进行冷却的基础是对能够精确量化机载燃料的冷却能力。
飞机在飞行过程中，其所载燃料不断被推进系统所消耗，机载燃料质量不断发生改变，且机载燃料的温度在飞机飞行过程中也发生变化，致使其比热容发生改变，此外，为避免机载燃料发生危险性燃烧甚至爆炸，需要在各部位限制其温度上限，即在飞机飞行过程中，其机载燃料的冷却能力随时间发生变化，是动态的，且具有严格的上限。
当前，本领域技术人员在进行飞机设计时，对飞机机载燃料的冷却能力的评估多依靠工程经验，先设计后验证，其过程没有统一的标准，费时、费力，且其效果难以令人满意，无法满足对机载燃料的冷却能力合理精确规划、合理利用的需要。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供一种基于飞行剖面的燃料冷却能力动态评估方法，以克服或减轻上述至少一方面的缺陷。
本申请的技术方案是：
一种基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法，包括以下步骤：
信息获取步骤：获取飞机完成一次飞行任务的飞行剖面信息；
基准确定步骤：选取基准时刻，并设定基准温度；
燃料冷却能力确定步骤：根据飞行剖面信息、基准时刻、基准温度、飞机的初始参数、飞机的燃料的物性参数、推进系统设定温度得到燃料在飞机完成飞行任务过程中任一时刻的冷却能力；其中，
基准时刻为飞机在完成飞行任务过程中的一个时刻；
基准温度为燃料在飞机的供油箱内于基准时刻时的设定温度；
基于基准温度能够关联得到飞机完成飞行任务过程中任一时刻的燃料在供油箱内的温度，且关联得到的任一时刻的温度不超过供油箱设定温度；
供油箱设定温度为燃料在供油箱内允许的最高温度；
推进系统设定温度为燃料在飞机的推进系统中允许的最高温度。
根据本申请的至少一个实施例，飞机完成飞行任务的时刻区间为[0,t终]；
基准时刻选取为t终。
根据本申请的至少一个实施例，基准温度设定为Tmax1；
Tmax1为供油箱设定温度。
根据本申请的至少一个实施例，飞行剖面信息包括：pin,t、qt；
物性参数包括：Cp；
初始参数包括：m0；
燃料冷却能力确定步骤包括：
燃料冷却能力计算步骤：
pcool,t＝pin,t+pe,t；
其中，
pcool,t为燃料在t时刻的冷却能力；
pin,t为t时刻进入供油箱的热功率；
pe,t为t时刻推进系统最高允许吸收的热功率；
Tmax2为推进系统设定温度；
qt为燃料在t时刻进入推进系统的速率，其值等于飞机在t时刻的燃料消耗速率；
Cp为燃料的比热容，其值与温度有关；
为燃料在Tt温度下的Cp；
m0为燃料在0时刻于供油箱内的质量；
Tt为燃料在t时刻于供油箱内的温度，能够根据t终、Tmax1、pin,t、m0、qt、不同温度下的Cp计算得到；
t为飞机完成飞行任务过程中的任一时刻，0≤t≤t终。
根据本申请的至少一个实施例，燃料冷却能力确定步骤还包括：
燃料于供油箱内温度计算步骤：
其中，
n表示从t终时刻至t时刻分为n个相等的积分区间，n>0；
ΔTk表示燃料在供油箱内的温度，自t终+(k-1)L时刻至t终+kL时刻的变化值；
L表示每个积分区间长度的负值；
mt表示燃料在t时刻于供油箱内的质量；
表示燃料在温度下的Cp；
表示燃料在t终+(k-1)L时刻于供油箱内的温度。
根据本申请的至少一个实施例，Tmax2设定为推进系统能够耐受的极限温度。
本申请至少存在以下有益技术效果：一种基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法，其以基准时刻的基准温度为基础，结合容易获得参量，推算得到飞机在完成飞行任务过程中任一时刻的燃料冷却能力，其中，以基准时刻设定的基准温度关联得到的燃料在供油箱内任一时刻的温度不超过供油箱设定温度，且在推算得到飞机在任一时刻的冷却能力的过程中考虑推进系统设定温度，由此可保证由该方法推算得到的燃料的冷却能力是以飞机系统的安全为前提的，设计人员在设计阶段可以精确地规划、合理地利用该部分冷却能力。
附图说明
图1是本申请实施例提供的基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法的流程图；
图2是本申请实施例提供的燃料的比热容与温度的关系图；
图3是本申请实施例提供的基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法得到的飞机在完成飞行任务过程中的燃料冷却能力及其燃料在供油箱内的温度变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图1至图3对本申请做进一步详细说明。
一种基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法，包括以下步骤：
信息获取步骤：获取飞机完成一次飞行任务的飞行剖面信息；
基准确定步骤：选取基准时刻，并设定基准温度；
燃料冷却能力确定步骤：根据飞行剖面信息、基准时刻、基准温度、飞机的初始参数、飞机的燃料的物性参数、推进系统设定温度得到燃料在飞机完成飞行任务过程中任一时刻的冷却能力；其中，
基准时刻为飞机在完成飞行任务过程中的一个时刻；
基准温度为燃料在飞机的供油箱内于基准时刻时的设定温度；
基于基准温度能够关联得到飞机完成飞行任务过程中任一时刻的燃料在供油箱内的温度，且关联得到的任一时刻的温度不超过供油箱设定温度；
供油箱设定温度为燃料在供油箱内允许的最高温度；
推进系统设定温度为燃料在飞机的推进系统中允许的最高温度。
在一些可选的实施例中，飞机完成飞行任务的时刻区间为[0,t终]；基准时刻选取为t终。
在一些可选的实施例中，基准温度设定为Tmax1；Tmax1为供油箱设定温度。
将基准时刻选取为t终，并将基准温度设定为Tmax1，即选取飞机完成飞机任务的时刻为基准时刻，且对飞机完成任务时刻的燃料在供油箱内的温度进行设定，设定为基准温度，对此本领域技术人员容易理解的是，只要设定的基准温度不大于供油箱设定温度即可最大程度保证由其关联得到燃料在飞行任务的任意时刻于供油箱内的温度不超过供油箱设定温度。供油箱设定温度主要是出于安全方面的考虑，本领域技术人员在应用本申请实施例所公开的方法时可根据实际情况进行确定。
在一些可选的实施例中，飞行剖面信息包括：pin,t、qt；物性参数包括：Cp；初始参数包括：m0；燃料冷却能力确定步骤包括：
燃料冷却能力计算步骤：
pcool,t＝pin,t+pe,t；
其中，
pcool,t为燃料在t时刻的冷却能力；
pin,t为t时刻进入供油箱的热功率；
pe,t为t时刻推进系统最高允许吸收的热功率；
Tmax2为推进系统设定温度；
qt为燃料在t时刻进入推进系统的速率，其值等于飞机在t时刻的燃料消耗速率；
Cp为燃料的比热容，其值与温度有关；
为燃料在Tt温度下的Cp，可通过查阅燃料比热容与温度的关系图得到，或通过其它容易获得的方法得到；
m0为燃料在0时刻于供油箱内的质量；
Tt为燃料在t时刻于供油箱内的温度，能够根据t终、Tmax1、pin,t、m0、qt、不同温度下的Cp计算得到；
t为飞机完成飞行任务过程中的任一时刻，0≤t≤t终。
在一些可选的实施例中，燃料冷却能力确定步骤还包括：
燃料于供油箱内温度计算步骤：
其中，
n表示从t终时刻至t时刻分为n个相等的积分区间，n>0；
ΔTk表示燃料在供油箱内的温度，自t终+(k-1)L时刻至t终+kL时刻的变化值；
L表示每个积分区间长度的负值；
mt表示燃料在t时刻于供油箱内的质量；
表示燃料在温度下的Cp；
表示燃料在t终+(k-1)L时刻于供油箱内的温度。
在一些可选的实施例中，Tmax2设定为推进系统能够耐受的极限温度。
本申请实施例所公开的基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法，其以飞机完成飞行任务的时刻为基准时刻，基于该基准时刻反向追溯得到飞机在完成飞行任务过程中任一时刻的冷却能力，其是在飞机完成飞行任务过程中对燃料冷却能力动态的一种量化评估方法，其在飞机概念设计阶段快速给出整个飞行剖面内是否有充足冷却资源的结论，以避免出现机内散热需求超过冷却能力的情况，降低了热管理系统技术风险。
此外，本申请实施例所公开的基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法，以供油箱设定温度及推进系统耐受温度为强约束条件，且通过具有确切物理意义的算式反向推算得到燃料在飞机完成飞行任务过程中任一时刻的冷却能力，其能够在飞机设计阶段，在保证安全的条件下给出较为准确的燃料冷却能力量化值。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于飞行剖面的燃料冷却能力动态量化方法，其特征在于，包括以下步骤：
信息获取步骤：获取飞机完成一次飞行任务的飞行剖面信息；
基准确定步骤：选取基准时刻，并设定基准温度；
燃料冷却能力确定步骤：根据所述飞行剖面信息、所述基准时刻、所述基准温度、所述飞机的初始参数、所述飞机的燃料的物性参数、推进系统设定温度得到所述燃料在所述飞机完成所述飞行任务过程中任一时刻的冷却能力；
其中，
所述基准时刻为所述飞机在完成所述飞行任务过程中的一个时刻；
所述基准温度为所述燃料在所述飞机的供油箱内于所述基准时刻时的设定温度；
基于所述基准温度能够关联得到所述飞机完成所述飞行任务过程中任一时刻的所述燃料在所述供油箱内的温度，且关联得到的任一时刻的温度不超过供油箱设定温度；
所述供油箱设定温度为所述燃料在所述供油箱内允许的最高温度；
推进系统设定温度为所述燃料在所述飞机的推进系统中允许的最高温度。
2.根据权利要1所述的燃料冷却能力动态量化方法，其特征在于，
所述飞机完成所述飞行任务的时刻区间为[0,t终]；
所述基准时刻选取为t终。
3.根据权利要求2所述的燃料冷却能力动态量化方法，其特征在于，
所述基准温度设定为Tmax1；
Tmax1为所述供油箱设定温度。
4.根据权利要求3所述的燃料冷却能力动态量化方法，其特征在于，
所述飞行剖面信息包括：pin,t、qt；
所述物性参数包括：Cp；
所述初始参数包括：m0；
燃料冷却能力确定步骤包括：
燃料冷却能力计算步骤：
pcool,t＝pin,t+pe,t；
其中，
pcool,t为所述燃料在t时刻的冷却能力；
pin,t为t时刻进入所述供油箱的热功率；
pe,t为t时刻所述推进系统最高允许吸收的热功率；
Tmax2为所述推进系统设定温度；
qt为所述燃料在t时刻进入所述推进系统的速率，其值等于所述飞机在t时刻的燃料消耗速率；
Cp为所述燃料的比热容，其值与温度有关；
为所述燃料在Tt温度下的Cp；
m0为所述燃料在0时刻于所述供油箱内的质量；
Tt为所述燃料在t时刻于所述供油箱内的温度，能够根据t终、Tmax1、pin,t、m0、qt、不同温度下的Cp计算得到；
t为所述飞机完成飞行任务过程中的任一时刻，0≤t≤t终。
5.根据权利要求4所述的燃料冷却能力动态量化方法，其特征在于，
燃料冷却能力确定步骤还包括：
燃料于供油箱内温度计算步骤：
其中，
n表示从t终时刻至t时刻分为n个相等的积分区间，n>0；
ΔTk表示所述燃料在所述供油箱内的温度，自t终+(k-1)L时刻至t终+kL时刻的变化值；
L表示每个所述积分区间长度的负值；
mt表示所述燃料在t时刻于所述供油箱内的质量；
表示所述燃料在温度下的Cp；
表示所述燃料在t终+(k-1)L时刻于所述供油箱内的温度。
6.根据权利要求5所述的燃料冷却能力动态量化方法，其特征在于，
Tmax2设定为所述推进系统能够耐受的极限温度。
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