CN117246519A - 一种大型飞机用数字式座舱压力调节方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型飞机用数字式座舱压力调节方法及系统。采集机上系统和座舱压力信号解算目标压力；基于目标压力解算目标流量；基于目标流量根据预设的排气流量分配比例解算排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ的排气流量；基于排气活门Ⅰ、Ⅱ的排气流量解算排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度控制流出座舱的空气流量比例。本发明能实现控制座舱高度、座舱高度变化速率和座舱内空气排气流量分配的目的。
Description
技术领域
本发明属于飞机座舱压力调节技术领域，具体涉及一种大型飞机用数字式座舱压力调节方法及系统。
背景技术
目前，飞行过程中当飞机供气流量变化时，飞机座舱内的气流容易出现不可控状态，舱内气体不能及时从特定位置排出，导致舱内、外气流循环异常，造成乘员乘坐舒适度降低。
发明内容
本发明的目的是：提供了一种大型飞机用数字式座舱压力调节方法及系统。本发明能实现控制座舱高度、座舱高度变化速率和座舱内空气排气流量分配的目的。
本发明的技术方案是：一种大型飞机用数字式座舱压力调节方法，采集机上系统和座舱压力信号解算目标压力；基于目标压力解算目标流量；基于目标流量根据预设的排气流量分配比例解算排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ的排气流量；基于排气活门Ⅰ、Ⅱ的排气流量解算排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度控制流出座舱的空气流量比例。
前述的大型飞机用数字式座舱压力调节方法中，目标压力的解算为：通过机上系统和座舱压力信号计算下述参数：
a)座舱与外界大气最大压差；
b)座舱目标压力与实际压力的差值；
c)座舱压力变化率限制范围；
d)飞机各阶段的座舱压力制度；
按照a)＞b)＞c)＞d)优先级顺序选择相应参数作为目标压力。
前述的大型飞机用数字式座舱压力调节方法中，目标流量通过下述公式解算：
式中：△Pc(t)为当前控制回路中座舱目标压力和实际座舱压力之间的差值；
△Pc(t-1)为上一控制回路中座舱目标压力与实际座舱压力的差值；
W(t)为当前控制回路中的目标流量；
W(t-1)为上一控制回路中的目标流量；
d为控制增益，T为样本时间，Ta为时间常数。
前述的大型飞机用数字式座舱压力调节方法中，排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度的解算如下：
按照下述公式可以计算出排气活门的有效流通面积：
F＝W*ε/(Pc*μ)
式中：
F为活门有效流通面积；
W为目标流量；
ε为排气流量分配比例；
Pc为当前座舱压力；
μ为系数；
根据排气活门的有效流通面积，通过CFD仿真计算得到排气活门实际角度与排气活门有效流通面积之间的关系，进而计算出排气活门的打开角度。
一种如前述的大型飞机用数字式座舱压力调节方法用的数字式座舱压力调节系统，包括：
座舱压力控制器，用于根据机上系统和座舱压力信号解算排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度；
排气活门Ⅰ，用于控制流出座舱的空气流量；
排气活门Ⅱ，用于控制流出座舱的空气流量；
压力传感器，用于采集座舱压力信号。
前述的数字式座舱压力调节系统中，所述的座舱压力控制器包括两个独立的自动控制通道，用于独立解算排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度作为冗余备份。
前述的数字式座舱压力调节系统，还包括座舱压力控制面板，座舱压力控制面板上集成有“自动/手动”切换模块和手动控制模块；“自动/手动”切换模块，用于自动控制通道和手动控制通道之间的转换；手动控制模块用于切换至手动控制通道时手动控制排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度。
前述的数字式座舱压力调节系统中，自动控制通道上设有安全活门，用于实现座舱的正/负压差限制功能。
本发明的优点是：本发明通过座舱压力控制器的自动控制通道A或B采集机上系统和座舱压力信号，按照预先设定好的压力制度，将压力控制经过逻辑解算为排气活门角度控制，同时按照预定的排气流量分配比例解算排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ的排气流量，与排气活门通过RS422通信交互信息，进而控制排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ的打开角度，通过改变排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ的打开角度大小控制流出座舱的空气流量比例，从而达到控制座舱高度、座舱高度变化速率和座舱内空气排气流量分配的目的。本发明系统具备三余度控制功能，包括了2路自动控制通道和1路手动控制通道，更加安全可靠。
本发明通过数字式座舱压力调节系统对座舱空气排气流量分配，实现基于乘员舒适度的座舱空气流动的精确调节，有效提升了乘坐体验和舒适度。
本发明数字式座舱压力调节系统的主要功能是在飞行和地面操作期间，自动控制包含驾驶舱、座舱和货物/安装区域的飞机加压部分的舱室压力，使其达到安全和舒适的水平。
同时实现前后排气活门之间的流量按比例分配功能，提高了排气活门的经济性和通用性，保证飞机高空飞行时机组乘员的安全，提升机组乘员高空飞行时的舒适性，避免机组乘员发生高空减压症。
本数字式座舱压力调节系统的主要功能是在飞行和地面操作期间，自动控制包含驾驶舱、座舱和货物/安装区域的飞机加压部分的舱室压力，使其达到安全和舒适的水平。
同时实现前后排气活门之间的流量按比例分配功能，保证飞机高空飞行时机组乘员的安全，提升机组乘员高空飞行时的舒适性，避免机组乘员发生高空减压症。
附图说明
图1为数字式座舱压力调节系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。数字式座舱压力调节系统组成，参见图1，包括：座舱压力控制面板，座舱压力控制器，压力传感器Ⅰ，压力传感器Ⅱ，排气活门Ⅰ，排气活门Ⅱ，安全活门Ⅰ，安全活门Ⅱ。
步骤1：压力传感器Ⅰ/Ⅱ采集座舱压力信号，再结合采集的机上系统的信号在自动控制通道A/B中，按照如下优先级顺序计算得出座舱目标压力：
a)座舱与外界大气最大压差；
b)座舱目标压力与实际压力的差值；
c)座舱压力变化率限制范围；
d)飞机各阶段的座舱压力制度。
步骤2：根据步骤1计算得出的目标压力，通过下述公式计算得出目标流量：
式中：
△Pc(t)为当前回路中目标压力和实际座舱压力之间的差值；
△Pc(t-1)为上一步控制回路中目标压力与实际座舱压力的差值。
W(t)为目标流量；
W(t-1)为上一步控制回路中的目标流量；
d为控制增益，T为样本时间，Ta为时间常数。
步骤3：根据步骤2计算得出的目标流量，按照系统设计的排气流量比例ε5和ε6(ε5+ε6＝1)要求将流量分配给排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ，得出排气活门Ⅰ所需排出的排气流量W*ε5和排气活门Ⅱ所需排出的排气流量W*ε6，
步骤4：根据步骤3计算得出的排气活门排气流量W*ε5和W*ε6,按照下述公式可以计算出排气活门的有效流通面积，
F＝W/(Pc*μ)
式中：
F为活门有效流通面积；
W为目标流量；
Pc为当前座舱压力；
μ为系数。
步骤5：根据步骤4计算得出的排气活门有效流通面积，通过CFD仿真计算可以得到排气活门实际角度与排气活门有效流通面积之间的关系，从而可以得出排气活门角度与有效流通面积之间的特性曲线，并将曲线嵌入座舱压力控制系统中，用于计算排气活门目标角度。
步骤6：座舱压力调节系统经过计算得到排气活门角度目标角度,进而控制排气活门按照目标角度进行动作，通过改变排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ的打开角度大小控制流出座舱的空气流量比例，从而达到控制座舱高度、座舱高度变化速率和座舱内空气排气流量分配的目的。
座舱压力调节系统具备三余度控制功能，包括了2路自动控制通道和1路手动控制通道。
自动控制包括2路完全相同但相互独立的控制通道，任一自动控制通道可实现座舱的压力、压力变化速率和和座舱内空气排气流量分配控制。
座舱压力控制面板设有“应急卸压”按钮，可以控制自动通道实现应急卸压功能。
手动控制通道为纯硬件线路，作为2路自动控制通道全部失效时的备份，完全独立于两路自动控制通道。机组通过座舱压力控制面板的”自动/手动”切换模块实现自动控制和手动控制模式之间的转换，然后通过座舱压力控制面板控制排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ的打开角度，改变排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ的打开角度大小控制流出座舱的空气流量比例，从而达到控制座舱高度、座舱高度变化速率和座舱内空气排气流量分配的目的。
数字式座舱压力调节系统利用纯气动式安全活门Ⅰ和安全活门Ⅱ实现座舱的正/负压差限制功能，用以保证飞机结构和乘员的安全。
以平原机场起降场景自动控制方案为例，具体细节如下：
自动控制是在飞机正常工作过程中，根据飞机飞行高度，按照预定的压力制度对飞机座舱高度进行调节的工作状态。
飞机在平原机场起飞和平原机场降落过程中，当系统上电后，数字式座舱压力调节系统自检完成后，转入周期巡检，此时系统自动通道控制排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ向关闭方向转动一定角度，以实现地面预增压功能(座舱预增压值为1kPa)。
爬升阶段：当飞机起飞后，数字式座舱压力调节系统控制座舱按照预定压力制度控制座舱高度在符合压力变化率的前提下，向2400m逐步靠近，直至座舱高度达到2400m；
巡航阶段：当飞机进入巡航阶段后，按预定压力制度中飞机飞行高度对应座舱高度值保持座舱压力稳定；
下降阶段：当飞机开始下降后，数字式座舱压力调节系统控制座舱按预定压力制度中飞行高度与座舱高度对应关系控制座舱压力，直至飞机降落后，重新进入待机状态。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种大型飞机用数字式座舱压力调节方法，其特征在于，采集机上系统和座舱压力信号解算目标压力；基于目标压力解算目标流量；基于目标流量根据预设的排气流量分配比例解算排气活门Ⅰ和排气活门Ⅱ的排气流量；基于排气活门Ⅰ、Ⅱ的排气流量解算排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度控制流出座舱的空气流量比例。
2.根据权利要求1所述的大型飞机用数字式座舱压力调节方法，其特征在于，目标压力的解算为：通过机上系统和座舱压力信号计算下述参数：
a)座舱与外界大气最大压差；
b)座舱目标压力与实际压力的差值；
c)座舱压力变化率限制范围；
d)飞机各阶段的座舱压力制度；
按照a)＞b)＞c)＞d)优先级顺序选择相应参数作为目标压力。
3.根据权利要求1所述的大型飞机用数字式座舱压力调节方法，其特征在于，目标流量通过下述公式解算：
式中：△Pc(t)为当前控制回路中座舱目标压力和实际座舱压力之间的差值；
△Pc(t-1)为上一控制回路中座舱目标压力与实际座舱压力的差值；
W(t)为当前控制回路中的目标流量；
W(t-1)为上一控制回路中的目标流量；
d为控制增益，T为样本时间，Ta为时间常数。
4.根据权利要求1所述的大型飞机用数字式座舱压力调节方法，其特征在于，排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度的解算如下：
按照下述公式可以计算出排气活门的有效流通面积：
F＝W*ε/(Pc*μ)
式中：
F为活门有效流通面积；
W为目标流量；
ε为排气流量分配比例；
Pc为当前座舱压力；
μ为系数；
根据排气活门的有效流通面积，通过CFD仿真计算得到排气活门实际角度与排气活门有效流通面积之间的关系，进而计算出排气活门的打开角度。
5.一种如权利要求1-4任一所述的大型飞机用数字式座舱压力调节方法用的数字式座舱压力调节系统，其特征在于，包括：
座舱压力控制器，用于根据机上系统和座舱压力信号解算排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度；
排气活门Ⅰ，用于控制流出座舱的空气流量；
排气活门Ⅱ，用于控制流出座舱的空气流量；
压力传感器，用于采集座舱压力信号。
6.根据权利要求5所述的数字式座舱压力调节系统，其特征在于，所述的座舱压力控制器包括两个独立的自动控制通道，用于独立解算排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度作为冗余备份。
7.根据权利要求6所述的数字式座舱压力调节系统，其特征在于，还包括座舱压力控制面板，座舱压力控制面板上集成有“自动/手动”切换模块和手动控制模块；“自动/手动”切换模块，用于自动控制通道和手动控制通道之间的转换；手动控制模块用于切换至手动控制通道时手动控制排气活门Ⅰ、Ⅱ的打开角度。
8.根据权利要求6所述的数字式座舱压力调节系统，其特征在于，自动控制通道上设有安全活门，用于实现座舱的正/负压差限制功能。
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