CN112078806A - 一种直升机液冷综合控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直升机电气环控系统设计技术领域,公开了一种直升机液冷综合控制系统，包括：冷板、储液箱、液体冷却散热器、温控活门、增压泵；以及第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器、液冷控制盒；冷板的出口与储液箱的入口、储液箱的出口与增压泵的入口、增压泵的出口温控活门的入口之间依次通过管路连接，温控活门的出口分别与液体冷却散热器的入口、冷板的入口通过管路连接；液体冷却散热器的出口与冷板的入口通过管路连接；解决传统液冷控制构型对载冷剂温度控制的不准确性，延迟性。

Description

一种直升机液冷综合控制系统
技术领域
本发明属于直升机电气环控系统设计技术领域,尤其涉及一种直升机液冷综合控制系统。
背景技术
液冷系统工作原理为：储液箱中的载冷剂经增压泵加压，通过温控活门后，一路流入液体冷却散热器与强迫对流的空气进行热交换冷却，另一路不流过液体冷却散热器，两路载冷剂在液体冷却散热器出口后混合，进入冷板，与冷板进行热交换后温度升高，再经流量传感器后，进入储液箱完成一个工作循环。
传统液冷系统通过采集两路载冷剂在液体冷却散热器出口后混合的温度作为信号反馈，给温控活门进行开度的控制。
当外界的环境空气温度、直升机的飞行高度变化导致散热器冷边流阻发生改变时，由液体冷却散热器带到环境空气中热量是动态变化的，导致液冷管路中载冷剂的温度变化剧烈，温控活门的开度频繁控制。
冷板的发热情况与电子设备的工作状态相关，在实际的使用过程中，冷板的发热功率也在不断变化，进一步对载冷剂温度的控制增加难度。
液冷系统在低流量，长导管的构型中整个液冷系统的系统响应时间较短，导致在实际的运行过程中，温控活门的控制具有一定的迟滞特性。
发明内容
本发明提供一种直升机液冷综合控制系统，解决传统液冷控制构型对载冷剂温度控制的不准确性，延迟性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种直升机液冷综合控制系统，所述控制系统包括：冷板、储液箱、液体冷却散热器、温控活门、增压泵；以及第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器、液冷控制盒；
冷板的出口与储液箱的入口、储液箱的出口与增压泵的入口、增压泵的出口温控活门的入口之间依次通过管路连接，温控活门的出口分别与液体冷却散热器的入口、冷板的入口通过管路连接；液体冷却散热器的出口与冷板的入口通过管路连接；
温控活门的出口、液体冷却散热器的出口、冷板的入口之间为两入一出的三通管；
第一温度传感器，位于冷板和储液箱之间；
第二温度传感器，位于冷板和三通管的出口之间；
第三温度传感器，位于储液箱内；
第四温度传感器，位于液体冷却散热器和三通管之间；
第五温度传感器，位于液体冷却散热器和温控活门之间；
第一压力传感器，位于冷板和储液箱之间；
第二压力传感器，位于增压泵和温控活门之间；
第三压力传感器，位于冷板和三通管的出口之间；
流量传感器,位于冷板和储液箱之间。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)第一温度传感器，用于采集冷板后载冷剂的温度值；
第二温度传感器，用于采集进入冷板载冷剂的温度值；
第三温度传感器，用于采集储液箱内载冷剂的温度值；
第四温度传感器，用于采集经液体冷却散热器降温之后载冷剂的温度值；
第五温度传感器，用于采集进入液体冷却散热器降温之前载冷剂的温度值；
第一压力传感器，用于采集冷板后管道内载冷剂的压力值；
第二压力传感器，用于采集经增压泵加压后管道内载冷剂的压力值；
第三压力传感器，用于采集进入冷板前管道内载冷剂的压力值；
流量传感器,用于采集流量传感器所在管道中的体积流量值；
液冷控制盒，用于采集第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器的输出数据，对温控活门、增压泵和液体冷却散热器进行控制。
(2)液冷控制盒通过实时采集第一温度传感器的值t1、第二温度传感器的值t2和流量传感器的值q，确定冷板的发热量的变化梯度ΔW1；
Figure BDA0002700953810000031
Cp为载冷液的比热容常数。
(3)液冷控制盒通过实时采集第四温度传感器的值t4、第五温度传感器的值t5，确定液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2；
Figure BDA0002700953810000032
(4)液冷控制盒通过监控液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2和冷板的发热量的变化梯度ΔW1，控制温控活门的开度。
(5)温控活门的开度范围为0°到90°之间，且温控活门的初始开度为45°；温控活门的出口与液体冷却散热器的入口连接的管路为冷路，温控活门的出口与冷板的入口连接的管路为热路；
当温控活门的开度为0°时，冷路流量为零，且热路流量最大；
当温控活门的开度为90°时，冷路流量最大，且热路流量为零；
判断液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2和冷板的发热量的变化梯度ΔW1的正负；
当液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2和冷板的发热量的变化梯度ΔW1同为正值或者同为负值时，当冷板的发热量的变化梯度ΔW1的绝对值大于液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2的绝对值时，温控活门的开度按照预设的步进开度进行增大；当冷板的发热量的变化梯度ΔW1的绝对值小于液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2的绝对值时，温控活门的开度按照预设的步进开度进行减小。
(6)当液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2为正值，且冷板的发热量的变化梯度ΔW1为负值时，温控活门的开度设置为0°。
(7)当液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2为负值，且冷板的发热量的变化梯度ΔW1为正值时，温控活门的开度设置为90°。
(8)液冷控制盒，还用于对增压泵和液体冷却散热器进行供配电。
本发明通过设置温控活门，采用了分流通过散热器载冷剂流量措施，通过精确控制通过散热器载冷剂流量，实现了对液冷系统载冷剂温度的精确控制。并将冷板进口温度、活门开度进行闭环控制，实现了液冷系统的快速控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种直升机液冷综合控制系统的原理框图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种直升机液冷综合控制系统，如图1所示，所述控制系统包括：冷板、储液箱、液体冷却散热器、温控活门、增压泵；以及第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器、液冷控制盒；其中，第一温度传感器即为图中的温度传感器1、第二温度传感器即为图中的温度传感器2、第三温度传感器即为图中的温度传感器3、第四温度传感器即为图中的温度传感器4、第五温度传感器即为图中的温度传感器5、第一压力传感器即为图中的压力传感器1、第二压力传感器即为图中的压力传感器2、第三压力传感器即为图中的压力传感器3。
冷板的出口与储液箱的入口、储液箱的出口与增压泵的入口、增压泵的出口温控活门的入口之间依次通过管路连接，温控活门的出口分别与液体冷却散热器的入口、冷板的入口通过管路连接；液体冷却散热器的出口与冷板的入口通过管路连接；
温控活门的出口、液体冷却散热器的出口、冷板的入口之间为两入一出的三通管；
第一温度传感器，位于冷板和储液箱之间；第二温度传感器，位于冷板和三通管的出口之间；第三温度传感器，位于储液箱内；第四温度传感器，位于液体冷却散热器和三通管之间；第五温度传感器，位于液体冷却散热器和温控活门之间；第一压力传感器，位于冷板和储液箱之间；第二压力传感器，位于增压泵和温控活门之间；第三压力传感器，位于冷板和三通管的出口之间；流量传感器,位于冷板和储液箱之间。
进一步的：
(1)第一温度传感器，用于采集冷板后载冷剂的温度值；
第二温度传感器，用于采集进入冷板载冷剂的温度值；
第三温度传感器，用于采集储液箱内载冷剂的温度值；
第四温度传感器，用于采集经液体冷却散热器降温之后载冷剂的温度值；
第五温度传感器，用于采集进入液体冷却散热器降温之前载冷剂的温度值；
第一压力传感器，用于采集冷板后管道内载冷剂的压力值；
第二压力传感器，用于采集经增压泵加压后管道内载冷剂的压力值；
第三压力传感器，用于采集进入冷板前管道内载冷剂的压力值；
流量传感器,用于采集流量传感器所在管道中的体积流量值；
液冷控制盒，用于采集第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器的输出数据，对温控活门、增压泵和液体冷却散热器进行控制。
其中，液冷控制盒通过实时采集第一温度传感器的值t1、第二温度传感器的值t2和流量传感器的值q，确定冷板的发热量的变化梯度ΔW1；
Figure BDA0002700953810000061
Cp为载冷液的比热容常数。
液冷控制盒通过实时采集第四温度传感器的值t4、第五温度传感器的值t5，确定液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2；
Figure BDA0002700953810000062
液冷控制盒通过监控液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2和冷板的发热量的变化梯度ΔW1，控制温控活门的开度。
温控活门的开度范围为0°到90°之间，且温控活门的初始开度为45°；温控活门的出口与液体冷却散热器的入口连接的管路为冷路，温控活门的出口与冷板的入口连接的管路为热路；
当温控活门的开度为0°时，冷路流量为零，且热路流量最大；
当温控活门的开度为90°时，冷路流量最大，且热路流量为零；
判断液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2和冷板的发热量的变化梯度ΔW1的正负；
当液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2和冷板的发热量的变化梯度ΔW1同为正值或者同为负值时，当冷板的发热量的变化梯度ΔW1的绝对值大于液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2的绝对值时，温控活门的开度按照预设的步进开度进行增大；当冷板的发热量的变化梯度ΔW1的绝对值小于液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2的绝对值时，温控活门的开度按照预设的步进开度进行减小。
当液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2为正值，且冷板的发热量的变化梯度ΔW1为负值时，温控活门的开度设置为0°。
当液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2为负值，且冷板的发热量的变化梯度ΔW1为正值时，温控活门的开度设置为90°。
液冷控制盒，还用于对增压泵和液体冷却散热器进行供配电。
本发明通过设置温控活门，采用了分流通过散热器载冷剂流量措施，通过精确控制通过散热器载冷剂流量，实现了对液冷系统载冷剂温度的精确控制。并将冷板进口温度、活门开度进行闭环控制，实现了液冷系统的快速控制。
本发明首次实现了直升机液冷系统的准确控制和快速响应。实时监控冷板的发热量，实时监测液体冷却散热器的散热量，根据热源和冷源的实际情况不断地调整温控活门的开度，进行精确的温度控制。

Claims (9)

1.一种直升机液冷综合控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：冷板、储液箱、液体冷却散热器、温控活门、增压泵；以及第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器、液冷控制盒；
冷板的出口与储液箱的入口、储液箱的出口与增压泵的入口、增压泵的出口温控活门的入口之间依次通过管路连接，温控活门的出口分别与液体冷却散热器的入口、冷板的入口通过管路连接；液体冷却散热器的出口与冷板的入口通过管路连接；
温控活门的出口、液体冷却散热器的出口、冷板的入口之间为两入一出的三通管；
第一温度传感器，位于冷板和储液箱之间；
第二温度传感器，位于冷板和三通管的出口之间；
第三温度传感器，位于储液箱内；
第四温度传感器，位于液体冷却散热器和三通管之间；
第五温度传感器，位于液体冷却散热器和温控活门之间；
第一压力传感器，位于冷板和储液箱之间；
第二压力传感器，位于增压泵和温控活门之间；
第三压力传感器，位于冷板和三通管的出口之间；
流量传感器,位于冷板和储液箱之间。
2.根据权利要求1所述的一种直升机液冷综合控制系统，其特征在于，
第一温度传感器，用于采集冷板后载冷剂的温度值；
第二温度传感器，用于采集进入冷板载冷剂的温度值；
第三温度传感器，用于采集储液箱内载冷剂的温度值；
第四温度传感器，用于采集经液体冷却散热器降温之后载冷剂的温度值；
第五温度传感器，用于采集进入液体冷却散热器降温之前载冷剂的温度值；
第一压力传感器，用于采集冷板后管道内载冷剂的压力值；
第二压力传感器，用于采集经增压泵加压后管道内载冷剂的压力值；
第三压力传感器，用于采集进入冷板前管道内载冷剂的压力值；
流量传感器,用于采集流量传感器所在管道中的体积流量值；
液冷控制盒，用于采集第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器的输出数据，对温控活门、增压泵和液体冷却散热器进行控制。
3.根据权利要求2所述的一种直升机液冷综合控制系统，其特征在于，
液冷控制盒通过实时采集第一温度传感器的值t1、第二温度传感器的值t2和流量传感器的值q，确定冷板的发热量的变化梯度ΔW1；
Figure FDA0002700953800000021
Cp为载冷液的比热容常数。
4.根据权利要求2所述的一种直升机液冷综合控制系统，其特征在于，
液冷控制盒通过实时采集第四温度传感器的值t4、第五温度传感器的值t5，确定液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2；
Figure FDA0002700953800000022
5.根据权利要求2所述的一种直升机液冷综合控制系统，其特征在于，
液冷控制盒通过监控液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2和冷板的发热量的变化梯度ΔW1，控制温控活门的开度。
6.根据权利要求5所述的一种直升机液冷综合控制系统，其特征在于，温控活门的开度范围为0°到90°之间，且温控活门的初始开度为45°；温控活门的出口与液体冷却散热器的入口连接的管路为冷路，温控活门的出口与冷板的入口连接的管路为热路；
当温控活门的开度为0°时，冷路流量为零，且热路流量最大；
当温控活门的开度为90°时，冷路流量最大，且热路流量为零；
判断液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2和冷板的发热量的变化梯度ΔW1的正负；
当液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2和冷板的发热量的变化梯度ΔW1同为正值或者同为负值时，当冷板的发热量的变化梯度ΔW1的绝对值大于液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2的绝对值时，温控活门的开度按照预设的步进开度进行增大；当冷板的发热量的变化梯度ΔW1的绝对值小于液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2的绝对值时，温控活门的开度按照预设的步进开度进行减小。
7.根据权利要求6所述的一种直升机液冷综合控制系统，其特征在于，
当液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2为正值，且冷板的发热量的变化梯度ΔW1为负值时，温控活门的开度设置为0°。
8.根据权利要求6所述的一种直升机液冷综合控制系统，其特征在于，
当液体冷却散热器的温差的变化梯度ΔW2为负值，且冷板的发热量的变化梯度ΔW1为正值时，温控活门的开度设置为90°。
9.根据权利要求2所述的一种直升机液冷综合控制系统，其特征在于，液冷控制盒，还用于对增压泵和液体冷却散热器进行供配电。
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