CN110717221B - 一种飞机能源需求精细化分析方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于能源系统设计领域，特别涉及一种飞机能源需求精细化分析方法及设备。方法包括：步骤一：获取用户输入参数，根据所述用户输入参数建立数据库；步骤二：根据所述数据库构建子系统模型，计算子系统级总功率需求；步骤三：将所述子系统模型合并构成系统模型，计算系统级总功率需求；步骤四：运行所述系统模型，获得仿真结果，生成书面报告。本申请的负载设备的动态功率特性能够体现在最终的分析结果图中，分析结果更准确、可靠；仿真模型操作简便，可重复、迭代性高；仿真模型可在短时内统计出需求功率并绘制出每一条单类能源需求类型系统级功率需求曲线、系统级总功率需求曲线和功率需求最大值方波曲线对比图，节省分析时间，提高效率。

Description

一种飞机能源需求精细化分析方法及设备

技术领域

本申请属于能源系统设计领域，特别涉及一种飞机能源需求精细化分析方法及设备。

背景技术

飞机能源需求分析是飞机能源系统设计及能源系统能源设备和负载设备设计的重要参考依据。现有的飞机能源需求分析方法是基于数据收集整合后由书面表格形式展现，表格整合和结果分析耗时较长，不能与后续设计所需要的快速性相匹配，这主要是由于以下几方面的缺点造成的：a、利用功率峰值或额定功率值作为负载设备功率需求输入的指标，缺失对负载设备的动态功率特性，如突加、突卸，脉冲功率特性的体现，影响后续设计对瞬时功率需求的判断，这就需要对动态功率特性有详尽描述功能；b、当前分析方法大部分仅基于书面形式，分析数据多以大量表格的形式展现，内容冗长，无法直观、快速地呈现分析结论；c、目前的分析方式迭代性较差，受到表格呈现方式的影响，无法快速切换某一或某组变量去对比观察分析结果。

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了一种飞机能源需求精细化分析方法及设备，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种飞机能源需求精细化分析方法，包括：

步骤一：获取用户输入参数，根据所述用户输入参数建立数据库；

步骤二：根据所述数据库构建子系统模型，计算子系统级总功率需求；

步骤三：将所述子系统模型合并构成系统模型，计算系统级总功率需求；

步骤四：运行所述系统模型，获得仿真结果，生成书面报告。

可选地，步骤一中，所述用户输入参数包括：

获取用户输入参数，所述用户输入参数包括：飞行任务参数、待分析的子系统、所述子系统的负载设备、所述负载设备在飞行任务下的状态参数、所述负载设备的动态功率特性以及能源需求类型。

可选地，步骤二中，所述根据所述数据库构建子系统模型，计算子系统级总功率需求包括：

根据所述数据库构建负载设备模型；

将所述负载设备模型放入对应的子系统模型，计算子系统级总功率。

可选地，所述根据所述数据库构建负载设备模型包括：

根据所述数据库构建所述负载设备的功率特性模型；

根据所述数据库构建所述负载设备的优先级模型；

根据所述数据库构建所述负载设备的故障检测模型。

可选地，所述功率特性模型中包括：

若所述负载设备具有多模式工作状态，则在所述功率特性模型中构建模态切换模型；

若所述负载设备对应的子系统中具有多模式交互工作的负载设备组，则在所述模态切换模型中添加多模式交互工作逻辑。

可选地，步骤二中，所述计算子系统总功率需求具体为：

在所述子系统模型中，根据所述能源需求类型，将主能源需求类型下的一个或多个负载设备的功率需求加和，将异于主能源需求类型下的一个或多个负载设备的功率需求分别按类型进行折算，将异于主能源需求类型的折算功率与主能源需求类型的功率进行加和运算，得出子系统级总功率需求。

可选地，步骤三中，所述计算系统级总功率需求具体为：

在系统模型中，根据所述能源需求类型，将同种类的能源需求类型下的一个或多个子系统级的功率需求加和，得出多个能源需求类型下的系统级功率需求，将所述多个能源需求类型下的系统级功率需求再进行加和运算，得出系统级总功率需求。

可选地，步骤三中，所述将所述子系统模型合并构成系统模型，还包括构建所述系统模型的开关互锁模型、最大值查询模型以及数据存储模型，其中，

所述开关互锁模型中包括负载设备、负载设备组以及子系统之间的约束限制关系逻辑，用于对多模态工作逻辑进行检测；

所述最大值查询模型用于根据系统级总功率数据进行实时查找最大值从而获取系统级总功率需求峰值曲线；

所述数据存储模型用于数据的自动存储。

可选地，在步骤四，所述运行所述系统模型，获得仿真结果，生成书面报告之后，还包括：

切换所述用户输入参数，重新运行所述系统模型，获得仿真结果，生成书面报告。

一种飞机能源需求精细化分析设备，包括：

参数获取模块，所述参数获取模块用于获取用户输入参数，并根据所述用户输入参数建立数据库；

子系统构建模块，所述子系统构建模块用于根据所述数据库构建子系统模型，并计算子系统级总功率需求；

系统构建模块，所述系统构建模块用于将所述子系统模型合并构成系统模型，并计算系统级总功率需求；

仿真模块，所述仿真模块用于运行所述系统模型，获得仿真结果，生成书面报告。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的飞机能源需求精细化分析方法，操作简单，分析结果更准确、可靠、高效。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的飞机能源需求精细化分析方法流程图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的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保护范围的限制。

下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。

在本申请的一个方面提供了一种飞机能源需求精细化分析方法，包括：

S1：获取用户输入参数，根据用户输入参数建立数据库；

S2：根据数据库构建子系统模型，计算子系统级总功率需求；

S3：将子系统模型合并构成系统模型，计算系统级总功率需求；

S4：运行系统模型，获得仿真结果，生成书面报告。

本申请的飞机能源需求精细化分析方法中的飞机能源类型不局限于电能，还可以包含热能、机械能等多种能源类型。

具体的，S1包括：

S101：获取用户输入参数，用户输入参数可以是已获取的静态数据，也可以是前置模型的动态输出结果，本实施例中，用户输入参数包括：飞行任务参数、待分析的子系统、子系统的负载设备、负载设备在飞行任务下的状态参数、负载设备的动态功率特性以及能源需求类型。在本申请的一个实施方式中，用户输入参数中的飞行任务参数包括飞行任务剖面和时长、飞行高度和速度，待分析的子系统及子系统中的负载设备个数、各负载设备在各飞行任务阶段下的状态参数包括使用时长、配电状态、开关状态、优先级状态、备份状态、故障状态信号、负载设备或子系统间开关互锁情况，能源需求类型如电压网络类型，还包括飞机构型、飞行员超控指令、可能发生的故障模式、负载设备的动态功率特性包括动态功率变化、特性触发时间信号、多模式工作状态等数据；

S102：根据用户输入参数建立数据库，数据库可以是以Excel形式编辑的数据表形式，其中每个sheet中包含飞行任务剖面和时长、各负载设备在各飞行任务阶段下的配电状态、开关状态、备份状态、故障状态信号、特性触发时间信号等数据。

S2：根据数据库构建子系统模型，计算子系统级总功率需求具体包括：

S201：根据数据库构建负载设备模型；

S202：将负载设备模型放入对应的子系统模型，计算子系统级总功率。

其中，S201：根据数据库构建负载设备模型具体为：

根据负载设备的类型，对每一个负载设备建立独立的负载设备模型，其中，包括：

首先构建负载设备的功率特性模型，将用户输入的针对每一个负载设备的动态功率特性数据转化为特性曲线，结合不同飞行参数下的工作时长以及工作模式，如恒功率、变功率、多模式等建立功率特性模型；若负载设备具有多模式工作状态，需在其功率特性模型中添加模态切换模型，以保证在对应的飞行任务阶段下输出对应的工作模式；若负载设备对应的子系统中具有多模式交互工作的负载设备组，需要将影响多模式交互的因素如飞行高度、速度、飞机构型等输入的交互工作逻辑编入每一个涉及的负载设备的模态切换模型；

其次，按每一个负载设备的负载种类或配电优先级状态，在不同故障情况下的配电逻辑编入优先级模型；

进一步，将在故障情况下检测故障的逻辑编入故障检测模型，以实现模拟故障情况下关断故障负载设备。

S202：将负载设备模型放入对应的子系统模型，编辑计算逻辑以计算子系统级总功率，具体为：根据对应子系统划分，将一个或多个负载设备模型集合放入其对应的子系统模型；在单个子系统模型中，根据能源需求类型，如电压网络的种类，将同种类的主能源需求类型下的一个或多个负载设备所统计的功率需求加和，将异于主能源需求类型下的一个或多个负载设备所统计的功率需求分别按类别进行折算，最后将多路异于主能源需求类型的折算总功率与主能源需求类型的总功率进行加和运算得出子系统级总功率需求。本实施例中，能源需求类型分两种情况：一种是能源种类不一样，例如电能和机械能，在分析统计时，将机械能转化折算成电能，或者对每一种能源种类单通道单独进行统计；另一种是能源种类一致但分属不同支路，例如供电电路电压可以是不同的，需要将其它支路上的功率需求折算为主供电电路电压对应需要的功率，所有的折算关系都存在转换效率。

S3：将子系统模型合并构成系统模型，计算系统级总功率需求，具体为：将一个或多个子系统模型整合成需要进行功率需求分析的系统模型；在整个系统模型中，根据能源需求类型，将同种类的能源需求类型下的一个或多个子系统级所统计的功率需求加和得出多个单类能源需求类型系统级功率需求，最后将各路能源需求类型统计的系统级功率需求再进行加和运算得出系统级总功率需求。本实施例中，能源需求类型分两种情况：一种是能源种类不一样，例如电能和机械能，在分析统计时，将机械能转化折算成电能，或者对每一种能源种类单通道单独进行统计；另一种是能源种类一致但分属不同支路，例如供电电路电压可以是不同的，需要将其它支路上的功率需求折算为主供电电路电压对应需要的功率，所有的折算关系都存在转换效率。

在本申请的一个实施方式中，在S3将子系统模型合并构成系统模型，还包括构建系统模型的开关互锁模型、最大值查询模型以及数据存储模型，其中，

开关互锁模型中包括负载设备、负载设备组以及子系统之间的约束限制关系逻辑，用以体现关联负载设备之间或子系统之间冲突、同步开关特性，用于实现对多模态工作逻辑的检测；

最大值查询模型用于对每个飞行任务剖面下输出的系统级总功率数据进行实时查找最大值以得出系统级总功率需求峰值曲线；

数据存储模型用于将所有分析需要的数据自动存储以待后续自动处理生成书面报告。

S4：运行系统模型，获得仿真结果，生成书面报告，具体包括：

运行仿真模型，存储每个飞行任务剖面下实时查找的功率需求最大值曲线、每一条单类电压网络系统级功率需求曲线、系统级总功率需求曲线，将所有需储存的曲线数据放入储存模块；

对存储的每个飞行任务剖面下实时查找的功率需求最大值曲线进行后处理得出每个飞行任务剖面下功率需求最大值数据并制成方波曲线；

绘制每一条单类能源需求类型系统级功率需求曲线、系统级总功率需求曲线和功率需求最大值方波曲线对比图；

仿真结束，将能源需求分析结果自动生成书面报告；

切换输入参数设置，再次运行仿真模型，得出不同参数变量下的功率需求分析结果。

在本申请的第二个方面提供了一种飞机能源需求精细化分析设备，包括：参数获取模块，用于获取用户输入参数，并根据用户输入参数建立数据库；子系统构建模块，用于根据数据库构建子系统模型，并计算子系统级总功率需求；系统构建模块，用于将子系统模型合并构成系统模型，并计算系统级总功率需求；仿真模块，用于运行系统模型，获得仿真结果，生成书面报告。

本申请的飞机能源需求精细化分析方法及设备，是基于Matlab和SIMULINK建立的，能源需求分析中建立功率特性仿真模型，拟合负载设备的动态功率特性曲线，对负载设备的动态功率特性得以体现在最终的分析结果图中，分析结果更准确、可靠；对不同子系统分别建立模块，使之相互独立，既可查看子系统级乃至单个负载设备的功率需求统计曲线，也可整合为一个整体系统进行全局分析；仿真模型操作简便，可以更换任意输入参数数据，快速得到分析结果，可重复、迭代进行不同情况下的功率需求分析，易于与其他情况下的分析结果进行对比观察分析；仿真模型可在短时内统计出需求功率并绘制出每一条单类能源需求类型系统级功率需求曲线、系统级总功率需求曲线和功率需求最大值方波曲线对比图，节省分析时间；对各负载设备的功率特性、工作时长变化、多模式工作状态和交互工作逻辑的细致刻画，考虑到了各负载设备的错峰工作情况，使得分析结果更加详细、准确。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种飞机能源需求精细化分析方法，其特征在于，包括：

步骤一：获取用户输入参数，根据所述用户输入参数建立数据库；

步骤二：根据所述数据库构建子系统模型，计算子系统级总功率需求；

步骤三：将所述子系统模型合并构成系统模型，计算系统级总功率需求；

步骤四：运行所述系统模型，获得仿真结果，生成书面报告；

步骤一中，所述用户输入参数包括：

获取用户输入参数，所述用户输入参数包括：飞行任务参数、待分析的子系统、所述子系统的负载设备、所述负载设备在飞行任务下的状态参数、所述负载设备的动态功率特性以及能源需求类型；

步骤二中，所述根据所述数据库构建子系统模型，计算子系统级总功率需求包括：

根据所述数据库构建负载设备模型；

将所述负载设备模型放入对应的子系统模型，计算子系统级总功率；

步骤二中，所述计算子系统总功率需求具体为：

在所述子系统模型中，根据所述能源需求类型，将主能源需求类型下的一个或多个负载设备的功率需求加和，将异于主能源需求类型下的一个或多个负载设备的功率需求分别按类型进行折算，将异于主能源需求类型的折算功率与主能源需求类型的功率进行加和运算，得出子系统级总功率需求；

步骤三中，所述计算系统级总功率需求具体为：

在系统模型中，根据所述能源需求类型，将同种类的能源需求类型下的一个或多个子系统级的功率需求加和，得出多个能源需求类型下的系统级功率需求，将所述多个能源需求类型下的系统级功率需求再进行加和运算，得出系统级总功率需求；

步骤三中，所述将所述子系统模型合并构成系统模型，还包括构建所述系统模型的开关互锁模型、最大值查询模型以及数据存储模型，其中，

所述开关互锁模型中包括负载设备、负载设备组以及子系统之间的约束限制关系逻辑，用于对多模态工作逻辑进行检测；

所述最大值查询模型用于根据系统级总功率数据进行实时查找最大值从而获取系统级总功率需求峰值曲线；

所述数据存储模型用于数据的自动存储。

2.根据权利要求1所述的飞机能源需求精细化分析方法，其特征在于，所述根据所述数据库构建负载设备模型包括：

根据所述数据库构建所述负载设备的功率特性模型；

根据所述数据库构建所述负载设备的优先级模型；

根据所述数据库构建所述负载设备的故障检测模型。

3.根据权利要求2所述的飞机能源需求精细化分析方法，其特征在于，所述功率特性模型中包括：

若所述负载设备具有多模式工作状态，则在所述功率特性模型中构建模态切换模型；

若所述负载设备对应的子系统中具有多模式交互工作的负载设备组，则在所述模态切换模型中添加多模式交互工作逻辑。

4.根据权利要求3所述的飞机能源需求精细化分析方法，其特征在于，在步骤四，所述运行所述系统模型，获得仿真结果，生成书面报告之后，还包括：

切换所述用户输入参数，重新运行所述系统模型，获得仿真结果，生成书面报告。

5.一种飞机能源需求精细化分析设备，基于权利要求1至4任意一项所述的飞机能源需求精细化分析方法，其特征在于，包括：

参数获取模块，所述参数获取模块用于获取用户输入参数，并根据所述用户输入参数建立数据库；

子系统构建模块，所述子系统构建模块用于根据所述数据库构建子系统模型，并计算子系统级总功率需求；

系统构建模块，所述系统构建模块用于将所述子系统模型合并构成系统模型，并计算系统级总功率需求；

仿真模块，所述仿真模块用于运行所述系统模型，获得仿真结果，生成书面报告。