CN113911376B - 一种重型直升机综合散热系统风扇风量控制方法 - Google Patents

一种重型直升机综合散热系统风扇风量控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种重型直升机综合散热系统风扇风量控制方法，所述方法应用于直升机综合散热系统，方法包括：计算发动机输出功率P,计算发动机发热功率Q1及主减速器发热功率Q2；依据环境温度T0确定空气分配装置进风量目标Qf；根据当前的直升机前飞速度V，计算前飞所产生的冲压进气量Qc；依据进风量目标Qf及前飞所产生的冲压进气量Qc，计算风扇工作所需产生的风量Qs,计算风扇前导叶目标控制角度θ1；依据当前计算的风扇前导叶目标控制角度θ1，及风扇当前角度θ0，计算风扇叶片角度目标角度差值θ1‑θ0；当θ1‑θ0＞A1，则减小前导叶角度；当θ1‑θ0＜‑A1，则增加前导叶角度。

Description

一种重型直升机综合散热系统风扇风量控制方法
技术领域
本发明属于直升机动力及传动系统散热领域，具体涉及一种重型直升机综合散热系统风扇风量控制方法。
背景技术
直升机动力及传动系统在直升机运行中需实时润滑，同时产生大量的热量，通过直升机散热系统散发热量。现有直升机散热系统一般通过单叶片的风扇及散热器实现散热的功能，为满足最高环境温度下的动力传动系统散热需求，散热系统始终工作在最大散热功率状态，造成风扇的功率浪费。
发明内容
本发明提供了一种重型直升机综合散热系统风扇风量控制方法，可以满足重型直升机不同环境温度下的散热需求。
本发明的技术方案：一种重型直升机综合散热系统风扇风量控制方法，所述方法应用于直升机综合散热系统，方法包括：
根据发动机扭矩N、发动机转速W，通过飞控计算机计算发动机输出功率P；
依据当前的发动机输出功率P，根据发动机发热曲线计算发动机发热功率Q1及根据主减速器发热计算式计算主减速器发热功率Q2；
根据发动机发热功率Q1及主减速器发热功率Q2，及环境温度T0确定空气分配装置进风量目标Qf；
根据当前的直升机前飞速度V，根据冲压进气量预设控制策略，计算前飞所产生的冲压进气量Qc；
依据当前所述空气分配装置进风量目标Qf及前飞所产生的冲压进气量Qc，计算风扇工作所需产生的风量Qs,根据控制角度预设控制策略，计算风扇前导叶目标控制角度θ1；
依据当前计算的风扇前导叶目标控制角度θ1，及风扇当前角度θ0，计算风扇叶片角度目标角度差值θ1-θ0；
对风扇叶片角度目标角度差值进行判断，当θ1-θ0＞A1，则综合散热系统控制单元控制风扇前导叶角度调节机构减小前导叶角度，其中，A1为预设角度差值；当θ1-θ0＜-A1，则综合散热系统控制单元控制风扇前导叶角度调节机构增加前导叶角度。
具体的，方法还包括：
滑油温度采集模块采集主减滑油温度T1及发动机滑油温度T2；
若T1＞Tmax1或T2＞Tmax2，则综合散热系统控制单元控制风扇前导叶角度调节机构增加前导叶角度，其中，Tmax1为主减速器滑油温度限制值，Tmax2为发动机滑油温度限制值。
具体的，所述发动机发热曲线为发动机供应商提供的发动机散热功率与环境温度及发动机功率的关系曲线。
具体的，所述主减速器发热计算式为：发动机输出功率P*(1-η)-Pk。其中，η主减速器传动效率,Pk为主减速器壳体散热量。
具体的，所述空气分配装置进风量目标Qf，具体包括：主减速器滑油散热器(9)需散发主减速器发热功率所需要的风量与发动机滑油散热器(10)需散发发动机发热功率所需的风量之和。
具体的，所述风扇(1)进气口位于直升机前部，进气口朝向与直升机前飞方向一致。
具体的，所述冲压进气量预设控制策略一般通过直升机与综合散热系统的综合流场的流体仿真计算确定。
具体的，所述控制角度预设控制策略一般通过试验室试验对风扇在不同前导叶角度的性能进行测试确定。典型控制策略为线性曲线，如图2所示。
具体的，所述预设角度差值A1定义为2°。
具体的，所述风扇当前角度θ0通过角位移传感器采集得到。
具体的，所述环境温度T0通过环境温度采集模块采集得到。
综上所述，本发明提供了一种重型直升机综合散热系统风扇风量控制方法，可以满足重型直升机不同环境温度下的散热需求，同时利用直升机前飞速度所产生的冲压进气量，调整散热系统风扇风量，减少风扇功率浪费，节约直升机动力及传动系统散热所需能源。
附图说明
图1本申请提供的一种直升机综合散热系统的组成图；
图2本申请提供的一种直升机综合散热系统典型的风扇风量控制策略；
图3本申请提供的一种直升机综合散热系统风量控制原理框图。
具体实施方式
本发明专利给出一种通过控制风扇前导叶叶片安装角度实现直升机综合散热系统风量调节。
实施例一
如图1所示，为本申请提供的一种直升机综合散热系统，所述系统主要包括风扇1、风扇前导叶角度调节机构2、角位移传感器3、环境温度采集模块4、飞控计算机5、滑油温度采集模块6、综合散热系统控制模块7、空气分配装置8、主减速器滑油散热器9、发动机滑油散热器10、其中：
滑油温度采集模块6的输入端与动力系统和传动系统连接，滑油温度采集模块的输出端6与飞控计算机5连接；
环境温度采集模块6的输出端与飞控计算机5连接；
飞控计算机5输出端与综合散热系统控制模块7连接；
综合散热系统控制模块7输入端与角位移传感器连接；
综合散热系统控制模块7输出端与风扇前导叶调节机构2；
风扇前导叶调节机构2输出端与风扇1连接；
风扇输出端与角位移传感器、空气分配装置连接；
空气分配装置输出端与主减速器滑油散热器、发动机滑油散热器连接；
所述风扇的主要作用是提供综合散热系统所需的风量；
所述风扇前导叶角度调节机构主要作用是通过电机驱动连杆机构，调节风扇前导叶安装角度，改变风扇工作时的风量；
所述综合散热系统控制模块主要作用是根据环境温度、发动机输出功率、滑油温度、风扇前导叶角度，通过预设的控制律给出目标风扇前导叶角度信号，并将信号给定到风扇前导叶角度调节机构。
所述角位移传感器主要作用是采集前导叶安装角度，并将角度信号给定到综合散热系统控制模块。
所述的空气环境温度采集模块主要作用是采集直升机环境温度，并将环境温度信号给定到综合散热系统控制模块。
所述的滑油温度采集模块主要作用是采集动力及传动系统滑油温度，并将滑油温度信号给定到综合散热系统控制模块。
所述的飞控计算主要作用是采集发动机输出功率，并将发动机功率信号给定到综合散热系统控制模块。
所述的空气分配装置主要作用是对风扇出口的空气进行流量分配，以满足发动机滑油散热器、主减滑油散热器空气流量需求。
综上所述，本申请提供一种直升机综合散热系统，包括：风扇1、风扇前导叶角度调节机构2、角位移传感器3、环境温度采集模块4、飞控计算机5、滑油温度采集模块6、综合散热系统控制模块7、空气分配装置8、主减速器滑油散热器9、发动机滑油散热器10。所述主减速器滑油散热器9及发动机滑油散热器10均通过空气分配装置8与风扇1相连。所述风扇1用于提供散热所需的风量，并能通过前导叶安装角度的变化调节风量大小。
实施例二
如图3所示，本发明提供了一种重型直升机综合散热系统风量控制方法，方法包括：
步骤101：根据发动机扭矩N、发动机转速W，通过飞控计算机计算发动机输出功率P；
步骤102：依据当前的发动机输出功率P，根据发动机发热曲线计算发动机发热功率Q1及根据主减速器发热计算式计算主减速器发热功率Q2；
其中，所述发动机发热曲线为发动机供应商提供的发动机散热功率与环境温度及发动机功率的关系曲线；
步骤103：根据发动机发热功率Q1及主减速器发热功率Q2，及环境温度T0确定空气分配装置进风量目标Qf；
其中，环境温度T0通过环境温度采集模块采集得到。
需要说明的是，根据发动机发热功率Q1及主减速器发热功率Q2，及环境温度T0确定空气分配装置进风量目标Qf，具体包括：主减速器滑油散热器9需散发主减速器发热功率所需要的风量与发动机滑油散热器10需散发发动机发热功率所需的风量之和。
步骤104：根据当前的直升机前飞速度V，根据风扇冲压进气量预设控制策略，计算前飞所产生的冲压进气量Qc；
其中，风扇1进气口位于直升机前部，进气口朝向与直升机前飞方向一致。
其中，冲压进气量预设控制策略一般通过直升机与综合散热系统的综合流场的流体仿真计算确定。
步骤105：依据当前所述空气分配装置进风量目标Qf及前飞所产生的冲压进气量Qc，计算风扇工作所需产生的风量Qs,根据控制角度预设控制策略，计算风扇前导叶目标控制角度θ1；
其中，控制角度预设控制策略一般通过试验室试验对风扇在不同前导叶角度的性能进行测试确定。典型控制策略为线性曲线，如图2所示；
步骤106：依据当前计算的风扇前导叶目标控制角度θ1，及风扇当前角度θ0，计算风扇叶片角度目标角度差值θ1-θ0；
实际应用中，风扇当前角度θ0通过角位移传感器采集得到。
步骤107：当θ1-θ0＞A1，则综合散热系统控制单元控制风扇前导叶角度调节机构减小前导叶角度，其中，A1为预设角度差值定义为2°；
当θ1-θ0＜-A1，则综合散热系统控制单元控制风扇前导叶角度调节机构增加前导叶角度；
其中，预设角度差值A1定义为2°
步骤108：根据当前滑油温度采集模块采集的主减滑油温度T1及发动机滑油温度T2，当T1＞Tmax1或T2＞Tmax2则综合散热系统控制单元控制风扇前导叶角度调节机构增加前导叶角度。
其中，Tmax1为主减速器滑油温度限制值，Tmax2为发动机滑油温度限制值。
可见，与现有技术相比，本发明有以下几个优点及创新之处：
a)本发明方案提供了一种通过发动机输出功率，计算发动机及主减速器发热功率，通过主动调节风扇1前导叶安装角度改变风扇风量，调节主减速器滑油散热器9及发动机滑油散热器10散热功率，节约直升机能源，提升直升机续航；
b)本发明方案提供了一种通过控制风扇前导叶安装角度调节综合散热系统风扇风量的方法，能够大幅减小低环境温度下的风扇驱动轴功率，节约直升机能源，提升直升机续航；
c)本发明实现了直升机综合散热系统能利用直升机前飞速度所产生的冲压进气，可以有效降低直升机高速飞行时主动散热所需风扇风量，节约直升机能源，提升直升机续航；
综上所述，本发明提供的通过控制风扇前导叶安装角度实现重型直升机直升机综合散热系统变风量控制的技术方案，可以利用重型直升机高速前飞状态下冲压进气对动力及传动系统主动散热，可降低风扇风量40％～50％；另一方面在典型-40℃低环境温度下，综合散热系统风量需求大幅减小，通过控制风扇前导叶角度，可降低风扇风量70％～80％，降低风扇驱动轴功率。该技术可应用于重型直升机综合散热系统。

Claims (10)

1.一种重型直升机综合散热系统风扇风量控制方法，其特征在于，所述方法应用于直升机综合散热系统，方法包括：
根据发动机扭矩N、发动机转速W，通过飞控计算机计算发动机输出功率P；
依据当前的发动机输出功率P，根据发动机发热曲线计算发动机发热功率Q1及根据主减速器发热计算式计算主减速器发热功率Q2；
根据发动机发热功率Q1及主减速器发热功率Q2，及环境温度T0确定空气分配装置进风量目标Qf；
根据当前的直升机前飞速度V，根据风扇冲压进气量预设控制策略，计算前飞所产生的冲压进气量Qc；
依据当前所述空气分配装置进风量目标Qf及前飞所产生的冲压进气量Qc，计算风扇工作所需产生的风量Qs,根据控制角度预设控制策略，计算风扇前导叶目标控制角度θ1；
依据当前计算的风扇前导叶目标控制角度θ1，及风扇当前角度θ0，计算风扇前导叶角度目标角度差值θ1-θ0；
对风扇前导叶角度目标角度差值进行判断，当θ1-θ0＞A1，则综合散热系统控制模块控制风扇前导叶角度调节机构减小风扇前导叶角度，其中，A1为预设角度差值；当θ1-θ0＜-A1，则综合散热系统控制模块控制风扇前导叶角度调节机构增加风扇前导叶角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，方法还包括：
滑油温度采集模块采集主减滑油温度T1及发动机滑油温度T2；
若T1＞Tmax1或T2＞Tmax2，则综合散热系统控制单元控制风扇前导叶角度调节机构增加前导叶角度，其中，Tmax1为主减速器滑油温度限制值，Tmax2为发动机滑油温度限制值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机发热曲线为发动机供应商提供的发动机散热功率与环境温度及发动机功率的关系曲线。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主减速器发热计算式为：发动机输出功率P*(1-η)-Pk，其中，η主减速器传动效率,Pk为主减速器壳体散热量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，空气分配装置进风量目标Qf，具体包括：主减速器滑油散热器需散发主减速器发热功率所需要的风量与发动机滑油散热器需散发发动机发热功率所需的风量之和。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风扇冲压进气量预设控制策略一般通过直升机与综合散热系统的综合流场的流体仿真计算确定。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风扇进气口位于直升机前部，进气口朝向与直升机前飞方向一致。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制角度预设控制策略一般通过试验室试验对风扇在不同前导叶角度的性能进行测试确定，典型控制策略为线性曲线。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设角度差值A1定义为2°。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风扇当前角度θ0通过角位移传感器采集得到；
所述环境温度T0通过环境温度采集模块采集得到。
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