CC BY
17
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ 05.13.18
DOI: 10.33693/2313-223Х-2019-6-3-86-91 УДК 621.039.577-182.3
АНАЛИЗ КОНКУРИРУЮЩИХ ВАРИАНТОВ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА БЕЗ ОТБОРА ВОЗДУХА ОТ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ЭТАПЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА БОРТОВЫХ СИСТЕМ ПАССАЖИРСКИХ САМОЛЕТОВ
Смагин Денис Игоревич, начальник лаборатории 5, НИО-Ю1, ФГБОУ ВО Московский Авиационный Институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Российская Федерация
Старостин Константин Игоревич, старший преподаватель кафедры 812, ФГБОУ ВО Московский Авиационный Институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Российская Федерация
Савельев Роман Сергеевич, инженер лаборатории 5, НИО-Ю1, ФГБОУ ВО Московский Авиационный Институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Российская Федерация
Сатин Анатолий Анатольевич, инженер лаборатории 5, НИО-Ю1, ФГБОУ ВО Московский Авиационный Институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Российская Федерация
Невешкина Анастасия Романовна, инженер лаборатории 5, НИО-Ю1, ФГБОУ ВО Московский Авиационный Институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Российская Федерация
Суздальцева Дарья Сергеевна, инженер лаборатории 5, НИО-Ю1, ФГБОУ ВО Московский Авиационный Институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Российская Федерация
E-mail: r_sr@inbox.ru
Аннотация. Одним из способов достижения показателей безопасности и комфорта является улучшение бортовых систем кондиционирования воздуха (СКВ).
Использование воздушной холодильной машины определяет высокий уровень давления воздуха в точке отбора от компрессора двигателя ЛА. Из-за эксплуатации самолета в различных режимах и, в том числе, на режимах малого газа работы двигателей, приходится использовать заведомо высокие ступени отбора, чтобы обеспечить надлежащую работоспособность холодильной машины на режимах малого газа работы двигателей ЛА. В силу этого на большинстве режимов эксплуатации ЛА приходится дросселировать давление за выбранной ступенью отбора, что, в совокупности с низким КПД системы охлаждения воздушного цикла, делает применяемые ныне системы кондиционирования воздуха энергетически неэффективными.
Ключевой особенностью архитектур без отбора воздуха от компрессоров маршевых двигателей является использование в качестве источника сжатого воздуха электроприводных компрессоров.
Сравнительный анализ конкурирующих вариантов СКВ без отбора воздуха от двигателей для перспективных проектов дальнемагистральных самолетов был выполнен в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете)
В статье были рассмотрены основные подходы к процессу принятия решений об облике СКВ перспективного самолета на этапе его концептуального проектирования и сформулированы базовые требования к структуре комплексного критерия на различных этапах жизненного цикла.
Уровень технического и технологического риска вместе с большей установочной массой потребует существенных затрат на разработку, испытания, доводку и последующее внедрение, но, при этом схема СКВ без отбора воздуха от двигателей позволит достичь существенного увеличения топливной эффективности на уровне всего самолета. [1]
Ключевые слова: система кондиционирования воздуха, критерий оценки, бортовые системы самолета, концептуальное проектирование.
Введение
Полеты современных летательных аппаратов происходят на больших высотах и скоростях, что формирует высокие требования к безопасности и комфорту экипажа и пассажиров. Одним из способов достижения показателей безопасности
и комфорта является улучшение бортовых систем кондиционирования воздуха (СКВ).
СКВ предназначены для создания и поддержания в объеме гермокабины нормируемых параметров воздуха (давления, температуры, относительной влажности, скорости
АНАЛИЗ КОНКУРИРУЮЩИХ ВАРИАНТОВ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА БЕЗ ОТБОРА ВОЗДУХА ОТ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ЭТАПЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА БОРТОВЫХ СИСТЕМ Смагин Д.И., Старостин К.И., Савельев P.C., Сатин A.A., Невешкина А.Р., Суздальцева Д.С.
движения воздуха и т.д.), обеспечивающих комфортные условия для экипажа и пассажиров в полете и на земле, а также необходимые тепловые режимы работы бортового оборудования. Работа такой системы требует наличия на борту самолета источника сжатого воздуха.
Современный самолет содержит большое количество подсистем, существенно влияющих на его летно-технические характеристики. С точки зрения этого влияния СКВ является одной из главных среди всех подсистем. Установочная масса современных СКВ достигает 2% от взлетной массы самолета, а затраты топлива на работу системы кондиционирования -до 4-6% от взлетной массы самолета.
Этап концептуального проектирования
Создание и успешный вывод на рынок продукта в условиях растущей конкуренции и ужесточающихся требований авиационных властей в горизонте планирования ближайших 10 лет потребует от разработчиков авиационной техники и практически всей многоуровневой цепочки поставщиков широкого внедрения прорывных технологий. Внедрение элементов концепции «более электрический самолет» (БЭС) в процесс проектирования комплекса бортовых систем самолетов Boeing В787 Dreamliner и Airbus А350, а так же большие объемы исследовательских работ, проводимые крупнейшими поставщиками авиационных систем, такими как Liebherr и Honeywell, дают достаточно оснований спрогнозировать, что в течении ближайших 10 лет внедрение отдельных элементов концепции БЭС перестанет быть всего лишь «перспективным направлением развития», а приобретет все признаки устойчивого тренда.
Поставщики авиационных систем, которые не будут обладать достаточным научно-техническим заделом для быстрой разработки готовых к внедрению в перспективные самолеты решений, рискуют потерять существенную долю имеющегося рынка, а в перспективе еще нескольких лет -и полностью уйти с рынка [2; 3].
Решения, фактически определяющие энергоэффективность системы, должны разрабатываться уже на этапе концептуального проектирования (уровень 2 согласно модели Stage-Gate) [4]. Ключевыми задачами этапа являются:
1) развитие концепции воздушного судна;
2) уточнение технической реализуемости;
3) анализ эффективности;
4) выявление основных рисков программы;
5) планирование мер по их снижению;
6) защита аванпроекта (технического предложения) -определение исходных данных для проектирования.
Каждая вновь разрабатываемая система должна по своим параметрам и эксплуатационным характеристикам превосходить морально, технически и экономически устаревшую систему-предшественника. В процессе разработки также должно быть обеспечены требования заказчиков и обязательства операторов в соответствии с существующим авиационным законодательством. Данные требования для самолетов транспортной категории характеризуются, в первую очередь, повышением комфорта, снижением расхода топлива, снижение уровня шума и воздействия на окружающую среду.
В подавляющем большинстве систем кондиционирования воздуха современных ЛА в качестве источника сжатого воздуха используется компрессор авиационного двигателя. Отбираемый от компрессора двигателя воздух поддерживает необходимое давление и вентилирует гермокабину. Кроме того, этот воздух используется в качестве рабочего тела
в системе охлаждения СКВ, в которой реализуется цикл воздушной холодильной машины (цикл Джоуля).
Использование воздушной холодильной машины определяет уровень давления воздуха в точке отбора от компрессора двигателя ЛА - почти в 10 раз больший, чем требуется для наддува гермокабины. Из-за эксплуатации самолета в различных режимах и, в том числе, на режимах малого газа работы двигателей, приходиться использовать заведомо высокие ступени отбора, чтобы обеспечить надлежащую работоспособность холодильной машины на режимах малого газа работы двигателей ЛА. В силу этого на большинстве режимов эксплуатации ЛА приходиться дросселировать давление за выбранной ступенью отбора, что, в совокупности с низким КПД системы охлаждения воздушного цикла, делает применяемые ныне системы кондиционирования воздуха энергетически неэффективными.
Ключевой задачей создания перспективных СКВ является снижение затрат энергии на функционирование системы во всем диапазоне высот и скоростей полета, что приведет кувеличениютопливной эффективности всего самолета. Рациональным решением, основанном на исследовании влияния функционирования СКВ на топливную эффективность самолета, является разработка структурной схемы СКВ без отбора воздуха от компрессоров двигателей. Данная структурная схема СКВ реализована на самолете Boeing В787 Dreamliner.
Следовательно, методология принятия решений на этапе концептуального проектирования является критически важной, так как оптимальность принятых решений по облику СКВ фактически окажет существенное влияние на топливную эффективность будущего самолета и последующий рыночный успех всей программы разработки [5; 6].
В общем случае вариативность облика СКВ для перспективного самолета можно представить в виде многоуровнего дерева вариантов (рис. 1).
Чем к более высокому уровню относится вариант того или иного решения, тем большее влияние оно оказывает на самолет. Такая многоуровневая зависимость показывает, что определенная комбинация решений на нижних уровнях (отдельные узлы и агрегаты) способна обеспечить преимущество на верхнем уровне архитектуры системы.
Критерий оценки
Для сравнения конкурирующих вариантов архитектур на всех уровнях дерева вариантов необходим комплексный критерий оценки. В общем случае комплексный критерий должен включать в себя набор наиболее критичных с точки зрения программы разработки технических, технологических и экономических параметров. Определенное сочетание параметров должно давать достаточное основание для принятия однозначного решения в пользу того или иного варианта. Но на ранних этапах проектирования отсутствует до 80% процентов необходимой информации, особенно в части технологических и экономических показателей, что приводит к необходимости поэтапного уточнения структуры критерия и последующего отсева вариантов.
Учитывая, что для прохождения Уровня 4 должны быть приняты все решения в части не только облика системы, но и всей цепочки поставщиков, недостающие параметры для комплексного критерия могут быть заменены альтернативной оценкой уровня риска. В условиях глобального рынка и преемственности технологий такая оценка позволит с достаточной точностью спрогнозировать диапазон возможных значений искомых параметров.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ 05.13.18
Уровень 1 1 АРХИТЕКТУРА КОМПЛЕКСА |
БОРТОВЫХ СИСТЕМ | ________]
Варианты архитектуры СКВ
Л
Более электрическая
Традиционная
Уровень 2 1 АРХИТЕКТУРА СКВ |
______J
Безотборная
Нормальный отбор -1
Уменьшенный отбор I-
Уровень 3 1 КОМПОНЕНТЫ СКВ |
I I
УОВ
с воздушным циклом
УОВ с ПКМ
1 ступень охлаждения
2 ступень охлаждения
УОВ с воздушным циклом, 1 ступень охлаждения
УОВ с воздушным циклом, 2 ступень охлаждения
Рис. 1. Варианты облика СКВ
Используемые сокращения: УОВ - установка охлаждения воздуха; ПКМ - па роком прессионная машина
Для оценки уровня риска на каждом этапе проектирования может быть использована стандартная матрица рисков размерностью 5x5 (рис. 2).
Предлагаемая адаптивная структура комплексного критерия оценки показана на рис. 3.
Вероятность возникновения Серьезность негативных последствий
Незначительное (легко устранимое) влияние Среднезначимое влияние (устранение потребует дополнительных мероприятий) Значительное влияние (устранение потребует существенных дополнительных затрат) Критическое влияние (устранение невозможно)
1 2 3 4
Высокая вероятность 4 4 8 12 16
Средняя вероятность 3 3 6 9 12
Низкая вероятность 2 2 4 6 8
Практическая вероятность 1 1 2 3 4
Рис. 2. Матрица рисков
Рис. 3. Адаптивная структура комплексного критерия оценки
АНАЛИЗ КОНКУРИРУЮЩИХ ВАРИАНТОВ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА БЕЗ ОТБОРА ВОЗДУХА ОТ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ЭТАПЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА БОРТОВЫХ СИСТЕМ Смагин Д.И., Старостин К.И., Савельев P.C., Сатин A.A., Невешкина А.Р., Суздальцева Д.С.
На этапе концептуального проектирования, в связи с недостатком объема исходных данных как по проектируемой системе, так и по самолету, наиболее целесообразным и достаточным техническим критерием оценки является критерий приращения взлетной массы. При этом, в расчете уровня риска должны быть отражены как параметры системы, входящие в критерий приращения стартовой массы, так и параметры будущего самолета, являющиеся «внешними» относительно используемых параметров системы, и оказывающие прямое влияние на ожидаемый диапазон значений.
Достаточность критерия приращения взлетной массы на Уровне 2 объясняется тем, что от величины взлетной массы Мвзл зависят основные тактико-технические характеристики самолета (дальность, скороподъемность, коммерческая нагрузка). Известно, что собственная установочная масса системы не равна ее взлетной массе М , так как система
1 взл'
требует затрат энергии для своей транспортировки, работы агрегатов, преодоление аэродинамического сопротивления воздухозаборников и т.д.
В общем случае на этапе концептуального проектирования критерий приращения взлетной массы (доля взлетной массы самолета, приходящаяся на СКВ) может быть записан в следующем виде:
Ш =М +М. ,
вз транс функц'
где /Мтранс - часть взлетной массы самолета, приходящаяся на транспортировку установочной массы СКВ:
• собственная установочная масса СКВ, включая массу специальных хладагентов (при наличии);
• масса топлива, затрачиваемая на транспортировку установочной массы СКВ;
• дополнительная масса конструкции самолета, вводимая с целью обеспечения установки и функционирования СКВ, а так же соответствующая дополнительная масса топлива на ее транспортировку;
М. - часть взлетной массы самолета, приходящаяся
функц ' г т 1
на массу топлива, затрачиваемого на обеспечение функционирования системы:
• компенсация потерь энергии при отборе воздуха от компрессора двигателя;
• компенсация потерь энергии при потреблении электрической энергии;
• компенсация дополнительного сопротивления, создаваемого воздухозаборниками продувки теплообменников.
Анализ вариантов СКВ без отбора воздуха
Ключевой особенностью архитектур без отбора воздуха от компрессоров маршевых двигателей является использования в качестве источника сжатого воздуха электроприводных компрессоров.
Сравнительный анализ безотборных структурных схем СКВ для перспективных проектов дальнемаги-стральных самолетов был выполнен в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) в 2016 г. Рассматриваемые схемы имеют ключевое отличие в принципе работы установок охлаждения воздуха:
• установка охлаждения с воздушным циклом охлаждения, трехколесный турбохолодильник (1 ступень охлаждения);
• установка охлаждения с компрессионно-испарительным циклом, 1 испаритель (1 ступень охлаждения).
Системы подачи воздуха аналогичны для двух вариантов СКВ без отбора воздуха от двигателей и представляют собой электроприводной центробежный воздушный компрессор. Структура и состав системы распределения воздуха так же аналогичны [7; 8].
Установка охлаждения воздушного цикла (ВЦ) включает в себя:
• теплообменники воздуховоздушные (первичный и вторичный);
• схему влагоотделения в линии высокого давления (теплообменник-подогреватель, теплообменник-конденсатор, влагоотделитель);
• турбохолодильник с одной ступенью турбины;
• запорно-регулирующие устройства.
Установка охлаждения компрессионно-испарительного цикла (ПКМ) включает в себя:
• теплообменник испаритель (воздух-фреон);
• теплообменник пре-конденсатор (фреон-воздух);
• теплообменник конденсатор (фреон-топливо);
• компрессор двухступенчатый фреоновый;
• запорно-регулирующие устройства.
Результаты сравнительного анализа двух вариантов СКВ без отбора воздуха от двигателей (дальнемагистральный самолет размерности 400-450 пассажиров) представлены в табл. 1 [9].
Таблица 1
Результаты сравнительного анализа двух вариантов СКВ без отбора воздуха от двигателей
Параметр Схема с ВЦ Схема с ПКМ
Ожидаемая масса в отношении к массе «классической» схемы, % +30 +40
Степень сжатия воздушного компрессора, крейсерский полет 10 5
Ожидаемое потребление энергии в отношении к «классической» схеме, % -14 -42
Оценочный уровень риска показателей надежности 2 (низкая вероятность) 6 (средняя вероятность)
Достижимый уровень приращения эффективности, % +5 (турбомашина с 2-х ступенчатым охлаждением и уменьшенным гидравлическим сопротивлением) +30
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ
В таблице отражены следующие параметры.
Ожидаемая масса в отношении к массе «классической» схемы - в качестве «классической» принята схема с двухступенчатым отбором воздуха от компрессоров маршевых двигателей (низкая и высокая ступени компрессора высокого давления) и установкой охлаждения, аналогичной схеме с воздушным циклом охлаждения. В первом приближении подсистема распределения полностью соответствует сравниваемым схемам.
Степень сжатия воздушного компрессора, крейсерский полет - степень сжатия рассчитывается по условию обеспечения заданного давления в пассажирском салоне и кабине экипажа. По предварительным оценкам требуемое давление за воздушным компрессором для схемы с воздушным циклом должно быть не ниже, чем порог переключения отбора с низкой на высокую ступень компрессора маршевого двигателя.
Ожидаемое потребление энергии в отношении к «классической» схеме - параметр учитывает как фактическое потребление электрической энергии (привод воздушного компрессора, привод фреонового компрессора и т.д. для рассматриваемых безотборных схем), так и затраты энергии на сжатие воздуха в компрессоре маршевого двигателя до значения давления в точке отбора (для «классической» схемы).
Оценочный уровень риска показателей надежности -назначается в соответствии с матрицей и отражает уровень технического риска обеспечения заданных показателей надежности в соответствии с анализом применяемых технологий. Для систем воздушного цикла значение уровня риска будет минимальным в связи с использованием систем такого типа на подавляющем большинстве современных самолетов и минимизации за счет этого степени новизны. Для систем с компрессионно-испарительным циклом данный риск объективно выше в несколько раз (ожидаемо низкая надежность в условиях повышенной вибрации на борту самолета и опасность утечек фреона). Имеющийся опыт эксплуатации систем охлаждения оборудования с компрессионно-испарительным циклом в боевой авиации (F-22, F-35) и гражданской авиации (Boeing 787 Dreamliner) позволит снизить уровень данного риска до приемлемого, что потребует дополнительных затрат на обеспечение заданной надежности и безопасности эксплуатации [10; 11].
Достижимый уровень приращения эффективности -параметр, учитывающий возможность повышения эффективности схемы за счет ее оптимизации (например, логика управления, состав агрегатов и т.д.). Значение данного параметра будет объективно выше у компрессионно-испарительного цикла за счет широких возможностей по снижению собственной массы агрегатов и увеличения общего КПД установки охлаждения. Для воздушного цикла большая часть возможных решений по увеличению эффективности уже реализована в СКВ современных самолетов [12].
05.13.18
Вывод
Варианты СКВ без отбора воздуха от маршевых двигателей являются наиболее перспективными сточки зрения проектов новых самолетов, однако их широкое применение все еще сдерживается необходимостью изначального проектирования всего комплекса бортовых систем в рамках концепции «более электрический самолет».
В статье были рассмотрены основные подходы к процессу принятия решений об облике СКВ перспективного самолета на этапе его концептуального проектирования и сформулированы базовые требования к структуре комплексного критерия на различных этапах жизненного цикла.
По результатам анализа конкурирующих вариантов «безотборных» схем СКВ наиболее целесообразным представляется дальнейшее развитие схем с компрессионно-испарительным циклом. Уровень технического и технологического риска вместе с большей установочной массой потребует существенных затрат на разработку, испытания, доводку и последующее внедрение, но, при этом, данная схема позволит достичь существенного увеличения топливной эффективности на уровне всего самолета.
Литература
1. Wheeler P., Prof. The more electric aircraft: Why aerospace needs power electronics.
2. Наллиопин А.К. Математическое моделирование авиационных систем кондиционирования воздуха. М.: МАИ, 1992.
3. Наллиопин А.К., Савельев Р.С., Смагин Д.И. Основные тенденции развития систем кондиционирования воздуха перспективных летательных аппаратов // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. Вып. 6.
4. Innovation Process. Stage-Gate Idea-to-launch Model. Стандарт по системе Stage-Gate.
5. Антонова Н.В., Дубровин Л.Д., Егоров Е.Е. и др. Проектирование авиационных систем кондиционирования воздуха / ред. Ю.М. Шустров. М.: Машиностроение, 2006.
6. Полевой А.А. Автоматизация холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. СПб.: Профессия, 2010.
7. Cronin M.J. Design aspect of systems in all electric aircraft // SAE Technical Papers Series. 1982. № 821436. 11 p.
8. Воронович С., Каргапольцев В., Кутахов В. Полностью электрический самолет// Авиапанорама. 2009. N° 2. С. 23-27.
9. Гарганеев А.Г., Харитонов С.А. Технико-экономические оценки создания самолета с полностью электрифицированным оборудованием//Доклады ТУСУРа. 2009. № 2 (20). С. 179-184.
10. Nelson Т. В787 systems and performance. Boeing, 2005. 36 p.
11. Liebherr-Aerospace, Germany. Liebherr-lnternational Deutschland GmbH, 2016.
12. Roytta P. Study of a vapor-compression air-conditioning system for jetliners. Lappeenrannan teknillinen yliopisto Digipaino, 2009. 86 p.
СТАТЬЯ ПРОШЛА РЕЦЕНЗИРОВАНИЕ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 05.13.18 ЧЛЕНАМИ РЕДАКЦИОННОЙ КОЛЛЕГИИ ЖУРНАЛА «COMPUTATIONAL NANOTECHNOLOGY»
ANALYSIS OF COMPETING VARIANTS OF AIR CONDITIONING SYSTEMS WITHOUT AIR EXTRACTION FROM ENGINES AT THE STAGE OF PASSENGER AIRCRAFT ONBOARD SYSTEMS CONCEPTUAL DESIGN Smagin D.I., Starostin K.I., Savelyev R.S., Satin A.A., Neveshkina A.R., Suzdaltseva D.S.
DOI: 10.33693/2313-223X-2019-6-3-86-91
ANALYSIS OF COMPETING VARIANTS OF AIR CONDITIONING SYSTEMS WITHOUT AIR EXTRACTION FROM ENGINES AT THE STAGE OF PASSENGER AIRCRAFT ONBOARD SYSTEMS CONCEPTUAL DESIGN
Smagin Denis Igorevich, head of laboratory 5, research Department 101, Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russian Federation
Starostin Konstantin Igorevich, senior lecturer of the Department 812, Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russian Federation
Savelyev Roman Sergeevich, laboratory engineer 5, research Department 101, Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russian Federation
Satin Anatoly Anatolyevich, laboratory engineer 5, research Department 101, Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russian Federation
Neveshkina Anastasiya Romanovna, laboratory engineer 5, research Department 101, Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russian Federation
Suzdaltseva Darya Sergeevna, laboratory engineer 5, research Department 101, Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russian Federation. E-mail: r_sr@inbox.ru
Abstract. One of the ways to achieve safety and comfort is to improve on-board air conditioning systems. The use of air cooling machine determines the air pressure high level at the point of selection from the aircraft engine compressor. Because of the aircraft operation in different modes and especially in the modes of small gas engines, deliberately high stages of selection have to be used for ensuring proper operation of the refrigeration machine in the modes of the aircraft small gas engines. Into force of this, most modes of aircraft operation have to throttle the pressure of the selected stage of selection, which, together with the low efficiency of the air cycle cooling system, makes the currently used air conditioning systems energy inefficient.
A key feature of the architecture without air extraction from the main engines compressors is the use of electric drive compressors as a source of compressed air.
A comparative analysis of competing variants of on-board air conditioning system without air extraction from engines for longrange aircraft projects was performed at the Moscow Aviation Institute (National Research University).
The article deals with the main approaches to the decision-making process on the appearance of a promising aircraft on-board air conditioning system at the stage of its conceptual design and formulated the basic requirements for the structure of a complex criterion at different life cycle stages.
The level of technical and technological risk, together with a larger installation weight, will require significant costs for development, testing, debugging and subsequent implementation, but at the same time on-board air conditioning system scheme without air extraction from the engines will achieve a significant increase in fuel efficiency at the level of the entire aircraft.
Keywords: air conditioning system, evaluation criterion, aircraft onboard systems, conceptual design.
Reference list
1. Wheeler P., Prof. The More Electric Aircraft: Why Aerospace Needs Power Electronics.
2. Kalliopin A.K. Mathematical modelling of aircraft air conditioning systems. M.: MAI, 1992.
3. Ka I Nop i A.K., Saveliev R.S., D Smagin I. The Main trends in the development of air conditioning systems of advanced aircraft. Engineering journal', science and innovation. 2017. Vol. 6.
4. Innovation Process. Stage-Gate Idea-to-launch Model. Стандарт по системе Stage-Gate.
5. Antonova N.V., Dubrovin L.D., Egorov E.E. and others. Design of aviation air conditioning systems / ed. Yu.M. Shustrov. M.: Mechanical Engineering, 2006.
6. Field A.A. Automation of refrigeration and air conditioning systems. St. Petersburg, 2010.
7. Cronin M.J. Design aspect of systems in all electric airplanes. SAE Technical Papers Series, 1982. № 821436. 11 p.
8. Voronovich S., Kargapoltsev V., Kutachov V. All-electric aircraft. Aviapanorama. 2009. № 2. P. 23-27.
9. Garganeev A.G., Kharitonov S.A. Techno-economic assessment of the creation of aircraft with all-electric equipment. Reports of TUSUR. 2009. № 2 (20). P. 179-184.
10. Nelson T. B787 systems and performance. Boeing, 2005. 36 p.
11. Liebherr-Aerospace, Germany. Liebherr-International Deutschland GmbH, 2016.
12. Röyttä P. Study of a vapor-compression air-conditioning system for jetliners. Lappeenrannan teknillinen yliopisto Digipaino, 2009. 86 p.
