CC BY
142
05.13.00 ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ
05.13.06
АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПЕРСПЕКТИВНОГО ПАССАЖИРСКОГО САМОЛЕТА В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ SimlnTech
Смагин Денис Игоревич, начальник лаборатории 5, НИО-Ю1, 1 факультет, ФГБОУ ВО Московский авиационный институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Россия. E-mail: r_sr@inbox.ru
Старостин Константин Игоревич, старший преподаватель кафедры 812 «Математика», 8 факультет, ФГБОУ ВО Московский авиационный институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Россия
Савельев Роман Сергеевич, инженер лаборатории 5, НИО-101, 1 факультет, ФГБОУ ВО Московский авиационный институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Россия
Кобринец Татьяна Александровна, инженер лаборатории 5, НИО-101, 1 факультет, ФГБОУ ВО Московский авиационный институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Россия
Сатин Анатолий Анатольевич, инженер лаборатории 5, НИО-101, 1 факультет, ФГБОУ ВО Московский авиационный институт (Научно-исследовательский университет). Москва, Россия
Суворов Александр Витальевич, канд. техн. наук, первый заместитель главного конструктора АО ПКО «Теплообменник». Нижний Новгород, Россия. E-mail: post@teploobmennik.ru
Молодушная Наталья Игоревна, канд. физ.-мат. наук, ведущий специалист АО ПКО «Теплообменник». Нижний Новгород, Россия
Цыплаков Алексей Витальевич, зам. начальника отдела АО ПКО «Теплообменник». Нижний Новгород, Россия Медведев Павел Игоревич, ведущий инженер АО ПКО «Теплообменник». Нижний Новгород, Россия
Аннотация. Рассмотрена методика построения математической модели системы кондиционирования воздуха на примере перспективного ближне-среднемагистрального самолета в отечественном программном комплексе SimInTech. Приведены результаты моделирования высотного режима, показаны особенности математического моделирования сложных разветвленных систем, включающих в себя не только модели агрегатов но и алгоритмы управления.
Ключевые слова: математическая модель, система кондиционирования воздуха, влажный воздух, петлевая схема влаго-отделения, ближне-среднемагистральный самолет.
SIMULATION OF AIR CONDITIONING SYSTEM PERSPECTIVE OF A PASSENGER PLANE IN THE SOFTWARE PACKAGE SimInTech
Smagin Denis I., head of laboratory 5, NIO-101, 1 faculty of the Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russia
Starostin Konstantin I., senior teacher of AIVT Department. 812 «Mathematics», 8 faculty of the Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russia
Savelyev Roman S., laboratory engineer 5, NIO-101, 1 faculty of the Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russia
Kobrinets TatyanaA., laboratory engineer 5, NIO-101, 1 faculty of the Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russia
Satin Anatoly A., laboratory engineer 5, NIO-101, 1 faculty of the Moscow Aviation Institute (Research University). Moscow, Russia
Suvorov Alexander V., PhD in Technical Sciences, first deputy chief engineer of the JSC «Teploobmennik». Nizhny Novgorod, Russia
Moloduchnaya Natalya I., PhD in Physics and Mathematics, leading expert of the JSC «Teploobmennik». Nizhny Novgorod, Russia
Tsyplakov Alexey V., deputy head of department of the JSC «Teploobmennik». Nizhny Novgorod, Russia
Medvedev Pavel I., leading engineer of the JSC «Teploobmennik». Nizhny Novgorod, Russia
Annotation. The method of constructing a mathematical model of the air conditioning system on the example of a promising short-medium-range aircraft in the domestic software complex SimlnTech. The results of high-altitude mode modeling are presented, the features of mathematical modeling of complex branched systems including not only models of aggregates but also control algorithms are shown.
Keywords: mathematical model, air conditioning system, humid air, loop circuit dehumidification, short-medium-range aircraft.
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 данных показателей является улучшение бортовых систем кондиционирования воздуха (СКВ).
Авиационные системы кондиционирования воздуха (СКВ) предназначены для создания и поддержания в объеме гермокабины нормируемых параметров воздуха (давления, температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха и т. д.), обеспечивающих комфортные условия для экипажа и пассажиров в полете и на земле, а так же необходимые тепловые режимы работы бортового оборудования.
Система кондиционирования воздуха (СКВ) обычно представляет собой сложно-разветвленную сеть из трубопроводов, включающую различные агрегаты (теплообменники, заслонки, турбохолодильные машины и т.д.).
Расчет таких систем вручную является многоитерационным процессом и требует большое количество времени и ресурсов.
Сокращению сроков проведения данных вычислений и увеличение их точности возможно за счет современных программных комплексов вычислительной гидродинамики (CFD-коды).
Необходимо учитывать, что зачастую требуется проведение нескольких расчетов с целью получения заданных гидравлических или тепловых параметров при варьировании другими параметрами (задача оптимизации по заданному параметру) с учетом различных профилей полета летательного аппарата.
Таким образом, в настоящий момент для решения задачи оптимизации геометрии при совместном гидравлическом и тепловом расчетах применяются специальные программные комплексы, позволяющие заменить реальные сложные системы и конструкции структурными схемами соответствующих им математических моделей.
Методология построения
математической модели СКВ
Одним из программных комплексов, позволяющих решать указанные выше задачи, является российский программный комплекс SimlnTech.
Программный комплекс SimlnTech относится к системам автоматизированного проектирования (САПР) логико-динамических систем, описываемых во входо-выходных отношениях и обладает достаточным функционалом для решения задач проектирования и оптимизации под заданные характеристики современных СКВ на всех стадиях жизненного цикла системы.
Данная модель СКВ ближне-среднемагистрального самолета включает в себя две основные части: схема автоматики и схема теплогидравлики.
Схема автоматики [1] - проект SimlnTech, содержащий набор взаимосвязанных алгоритмов управления отдельной подсистемой объекта управления. Может также содержать математические модели объектов управления, реализованные в виде входо-выходных схем или набранных на встроенном языке программирования. Схема автоматики набирается из блоков общетехнической библиотеки и рассчитывается встроенным в SimlnTech математическим ядром.
Схема теплогидравлики [1] - проект SimlnTech, содержащий расчетную схему теплогидравлической модели отдельной подсистемы объекта управления. Схема теплогидравлики предназначена для расчета встроенным в SimlnTech теплогидравлическим кодом HS.
Расчетный теплогидравлический код HS предназначен для расчета динамики поведения основных параметров сжимаемого и несжимаемого теплоносителя в теплогидрав-лических контурах с произвольной топологией. В схемах теплогидравлики HS (от англ. Hydro Solver) решаются уравнения сохранения массы, импульса и энергии для жидкости (в одномерном односкоростном приближении), а также нестационарные уравнения теплопроводности для тепловых структур (стенок каналов). Основой является одномерная
Смагин Д.И., Старостин К.И., Савельев Р.С., Кобринец Т.А., Сатин А.А.
нестационарная гомогенная модель течения несжимаемой или сжимаемой жидкости.
Теплогидравлика HS содержит математический аппарат для моделирования нестационарного течения теплоносителя с учетом теплообмена со стенками трубопроводов и внешней средой, турбонасосного оборудования, а также некоторые специализированные модели, разработанные для авиационной промышленности.
Все управление моделью создается в эскизном окне схемы автоматики; здесь формируются и передаются основные сигналы, поступающие на управление заслонками, валом турбомашины и т.д. В схеме теплогидравлики создается модель СКВ, включающая в себя трубопроводы, теплообмен-ные аппараты, турбокомпрессор, вентилятор, заслонки и т.д. Связь между схемой теплогидравлики и схемой автоматики осуществляется через базу данных сигналов.
База данных сигналов позволяет организовать совместный расчет нескольких проектов с обменом данными через оперативную память на одном вычислительном узле (пакет проектов) либо через сеть на нескольких вычислительных узлах (распределенный расчет). Также база данных поддерживает механизм исходных состояний (рестартов), позволяет фильтровать сигналы, организовывать запросы к базе данных из языка программирования.
Динамика модели, прежде всего, определяется схемой автоматики, т.е. изменением сигналов, которые формируется в эскизном окне схемы автоматики и передаются в схему теплогидравлики. Такими сигналами могут быть:
• высота полета;
• число Маха;
• положения заслонок (открыта/закрыта/промежуточное положение);
• частота вращения ротора турбомашины (или степень сжатия/расширения турбомашины)
и т.д.
Использование моделей каналов со стенкой и теплоизоляцией, теплообменников со стенкой позволяет моделировать работу системы практически в реальном времени, т.е. формирует полную динамическую модель, которая отражает физику процесса (нагрев, охлаждение, выход на режим).
В качестве основы разрабатываемой модели используется принципиальная схема СКВ, полученная на основе анализа современных ближне- и среднемагистральных самолетов Boeing-737, Airbus A320, SSJ-100 и т.д.
На рис. 1 показано схематичное изображение динамической модели СКВ перспективного ближне-среднемаги-стрального самолета. На рис. 2 и 3 показаны схемы теплоги-дравлики и автоматики на которых реализованы основные элементы и подходы при моделировании динамической схемы СКВ.
Разработанная в схеме теплогидравлики модель СКВ состоит из трех частей: система отбора воздуха от двигателей (СОВ), установки охлаждения воздуха (УОВ) и участки трубопроводов распределения воздуха по потребителям (салон, кабина пилотов).
Стандартное уравнение энтальпии влажного воздуха имеет вид [2]:
1вл = ct + (2500 + 1,8t)d + 4,19td, + (2,9t - 335)d., (1)
где 1вл - энтальпия влажного воздуха, Дж/кг; cp - теплоемкость сухого воздуха, Дж/(кг • К); t - равновесная температура воздуха, С; d, d , d. - содержание во влажном воздухе пара,
воды и льда соответственно, кг/кг сухого воздуха. Важно отметить, что величины с1, d¡ и d¡ зависят не только от общего количества влаги в воздухе но и от его давления и темпе-
ратуры, т.е. I
= I(Р, t, dz).
Имеется обратная связь
Рис. 1. Схема динамической модели СКВ
Влажный воздух в горячей линии СКВ может находиться в различных состояниях.
1. Ненасыщенное состояние (С( = d.| = 0; d = dl).
2. Насыщенное состояние, при котором вся сконденсировавшаяся вода находится в жидкой фазе (С = 0; d| = dl - С).
3. Насыщенное состояние, при котором вся сконденсировавшаяся вода находится в твердой фазе Ц = 0; С = С, - ф.
4. Насыщенное состояние, при котором в воздухе одновременно присутствуют и жидкая, и твердая фазы воды (для стабильных состояний это условие соответствует температуре тройной точки).
Зависимость энтальпии от температуры воздуха носит сложный, нелинейный характер, что предъявляет определенные требования к математическим моделям агрегатов и систем, работающих на влажном воздухе.
Система уравнений для расчета параметров влажного воздуха по тракту петлевой схемы имеет вид [3-5]:
h = h
1 + -( - l)k-
(2)
I1 = I0 Лпто ^Into; 1
Пк
13 = I2 - nbto aibTo;
14 = 1з -Ппад1ПА ;
15 = i4- ПкА А1КА ;
16 = 15 -ibo;
17 = 1б + I3 - 14;
18 = I7 [1+пт (- 1)k -1)];
где /0-/9 - энтальпия влажного воздуха в сечениях (линиях) с номерами i = 0-9 (рис. 4), каждое сечение характеризуется также своим давлением и суммарным влагосодержанием р] и С , а температура t. определяется на основании численного
■ величины пе-
решения уравнения (1); Д7пT0, ^ ^ ^ репада энтальпии для первичного, вторичного теплообмен-
ников, подогревателя и конденсатора; г|
ПТО' ПВТО' ППД'
пкд -
теплообменников, подогревателя и конденсатора; г|К, ПТ -КПД компрессора и турбины трехколесной турбомашины; пК, пТ - степени сжатия и расширения компрессора и турбины
термодинамические эффективности первичного, вторичного трехколесной турбомашины соответственно; к = 1,4.
Рис. 2. Схема теплогидравлики динамической модели СКВ
Прибавка по температуре кМСА
Профиль полета
ВСУ
Задатчик профиля полета
р-0;
Число Маха М11
Параметры полета
Скорость потока ^ воздуха, м/с
Отбор воздуха на системы
Открытие/Закрытие ЗУ11 IM И") НН^УН зуп ktZUll I
Температура атмосферы Гэтм|
Температура торможения Г0 |
у{и)
Давление торможения Р0
Управление давлением за КР1
Алгоритмы СОВ Л Алгоритмы СОВПр
Алгоритмы УОВЛ Алгоритмы УОВПр
Потребители алгоритмы
Р КР1 MPSOV Pout
POS_RIGHT SOVILE FT
m
Давление атмосферы Рт
m
№0—в^КЧ
Давление торможения для воздухозаборника (потери 2%)
Давление атмосферы Р^ |
Управление температурой РУ1
Управление давлением за КР1
Р КР1 PRSOV Pout
Давление атмосферы Рт
У{и)
Au)
\ КР1 sidv State
Управление отбором от ступеней
1 POSJ.EFT
POSlRIGHT
1 SOVJ.EFT
1 SOV_RIGHT
PinLeft_Pin
| Давление атмосферы Рэтм
*
*
- И")
♦
*
*
Ч!
->-| PinLeft_ksiB I
Рис. 3. Схема автоматики динамической модели СКВ
Смагин Д.И., Старостин К.И., Савельев Р.С., Кобринец Т.А., Сатин А.А.
Рис. 4. Модель установки охлаждения воздуха (УОВ)
Энтальпия влаги, удаляемой во влагоотделителе, определяется по формуле [3]:
/ВО = 4,19td/k/ + (2,09t - 335)d.k.,
(3)
где k, k - коэффициенты полноты отделения воды и льда.
Изменение давления на различных участках системы рассчитывается с помощью коэффициентов относительных потерь. Принимаются также допущения о том, что расход воздуха в пределах выделенного участка СКВ не изменяется (G = const).
В системе отбора воздуха задаются параметры отбора воздуха от ступеней двигателя (правого и левого). Регулирование давления осуществляется с помощью регулятора высокого давления и регулятора давления. Регулирование температуры в СОВ происходит за счет регулирования расхода воздуха через продувочную линию предварительного теплообменника с помощью регулирующего клапана вентиляторного воздуха; при этом значение температуры в СОВ зависит
от признака включения отбора на противообледенительную систему (ПОС).
В модели присутствует возможность отбора воздуха от двигателей или от вспомогательной силовой установки (ВСУ). Переключение отборов воздуха происходит с помощью моделей перекрывного клапана.
Разработанная модель СОВ (рис. 5) включает в себя следующие модели агрегатов: модель отбора воздуха от ступеней двигателя, регулирующий клапан вентиляторного воздуха, регулятор высокого давления, регулятор давления, регулятор расхода, клапан перекрывной, обратный клапан, озоновый фильтр, теплообменник предварительный, участки отбора воздуха на системы, трубы, местное сопротивление.
Установка охлаждения воздуха содержит систему теплообменников и трехколесную турбомашину, установленных по так называемой «петлевой схеме». Применение данной схемы позволяет удалять влагу до расширительной турбины и затем осуществлять глубокое охлаждение сухого воздуха.
Рис. 5. Модель системы отбора воздуха от двигателей (СОВ)
Разработанная модель УОВ (см. рис. 4) включает в себя следующие модели агрегатов: теплообменник первичный, теплообменник вторичный, подогреватель, конденсатор, компрессор, вентилятор, турбина, ротор, воздухозаборник, влагоотдели-тель. Также в состав входят и другие стандартные элементы расчетного кода HS: канал, сопротивление местное, сопротивление по Идельчику, граничный узел, внутренний узел.
Модель теплообменника представляет собой динамическую теплогидравлическую модель произвольного теплообменника с таблично задаваемыми характеристиками эффективности и перепада давления, в зависимости от величины массового расхода теплоносителя в линиях теплообмена.
Концептуально модель состоит из двух гидравлических каналов, задаваемой геометрии, в которых происходит выделение либо поглощение рассчитанного количества энергии [1]:
Q = Ст,ПАТ (4)
где C = min (G Gp , G Gp ); n - текущая эффективность;
^ min 1 гор Гго^ хол *хол" 1 ' 1 т т '
АТ - разность температур горячего и холодного теплоносителей. Величина коэффициента эффективности определяется интерполяцией по заданной таблице зависимости коэффициента эффективности от расходов в линиях.
Текущий перепад давления линии моделируется с помощью задания местного гидравлического сопротивления канала:
) ^общ ^тр
2ДР
р
2 ^тр'
(5)
где АР - заданный перепад давления; О - массовый расход; F - сечение канала; Ятр - сопротивление трения, рассчитываемое в канале. Величина заданного перепада давления в линии АР определяется интерполяцией по заданной таблице зависимости перепада давления от расхода в линии.
Задание эффективности может быть выбрано пользователем, т.е. эффективность может быть задана не только по минимальному водяному эквиваленту, но также и по горячему/холодному теплоносителю.
Учет поправки по давлению при отклонении от параметров, при которых была получена гидравлическая характеристика линий теплообменника, осуществляется по следующей формуле [1]:
Т Р
ср ст
: Т~Р~'
ст ср
(6)
СОВ Л включена (да/нет) 3 ДА
СОВ Пр включена (да/нет) м ДА
Отбор от ВСУ (да/нет) i НЕТ
ПОС Л включена (да/нет) i ДА
ПОС Пр включена (да/нет) i ДА
Открыть ЗУ2 (да/нет) з НЕТ
где о - корректирующий коэффициент для перепада давления, учитывающий изменение текущих параметров среды относительно тех, для которых получена таблица; Гср, Рср -средние значения температуры [К] и давления [Па] для линии теплообменника; Гст, Рст - стандартные значения температуры и давления, к которым приводилась характеристика перепада давления от расхода.
Данная модель теплообменника поддерживает переход из одного стационарного режима в другой (изменение расхода и параметров среды) во время расчета, однако она не предназначена для оценки работы теплообменника в переходных (нестационарных) режимах. Добавление инерции для теплообменника возможно с помощью внутренних узлов, которые можно поставить перед/после теплообменника.
Таким образом, объем внутренних узлов может создавать «запаздывание» изменения температуры на выходе из теплообменника моделируя квазистационарные изменения в модели системы. Такой подход (реализация псевдодинамической модели теплообменника) позволяет моделировать достаточно точно систему, в которой не происходит резких изменений параметров, а также системы в которых происходит «устранение» динамических эффектов на выходе из теплообменников с помощью элементов управления, например заслонок, работающих по датчикам температуры.
Модель системы распределения воздуха по потребителям включает в себя стандартные блоки: канал, ручная задвижка, граничный узел, внутренний узел, датчик температуры.
В модели системы кондиционирования воздуха задание параметров включения/выключения отборов от двигателей и ВСУ, включение/выключение ПОС, управление расходами на системы, управление температурами на входе в кабину пилотов, пассажирские зоны, багажный отсек осуществляется с помощью пультов управления для упрощения использования модели пользователем.
Панели управления включают в себя стандартные элементы кнопка, линейная шкала. С помощью скрипта происходит задание сигналов и взаимодействие с базой данных сигналов.
На рис. 6 и 7 показаны разработанные пульты управления.
ЛЕВАЯ МСУ ПРАВАЯ МСУ ВСУ
Давление (абс.) за вентиляторной ступенью, кгс/см2 Давление (абс.) за вентиляторной ступенью, кгс/см2 Давление (абс.) отбора кгс/см2
11.1 1 |1Д 1 IM 1
Температура за вентиляторной ступенью Температура за вентиляторной ступенью Температура, "С
130 1 130 1 1179 1
Давление (абс.) за 3-й ступенью, кгс/см2 Давление (абс.) за 3-й ступенью, кгс/см2
12.5 1 12 1
Давление (абс.) за 3-й ступенью, кгс/см2 Давление (абс.) за 3-й ступенью, кгс/см2
1250 1 1270 1
Давление (абс.) за 8-й ступенью, кгс/см2 Давление (абс.) за 8-й ступенью, кгс/см2
16 1 16 1
Давление (абс.) за 8-й ступенью, кгс/см2 Давление (абс.) за 8-й ступенью, кгс/см2
1280 1280
Рис. 6. Панель управления включения/выключения отбора от двигателей и ВСУ, включения/выключения ПОС
Рис. 7. Пульт управления отбором воздуха от двигателя и ВСУ
Q
F
а
Смагин Д.И., Старостин К.И., Савельев Р.С., Кобринец Т.А., Сатин А.А.
Данная динамическая модель СКВ позволяет определить параметры воздуха по трактам, с учетом управления (обратная связь по датчикам температуры, давления); также можно проанализировать работу СКВ на различных режимах работы, в том числе в отказных ситуациях.
Анализ результатов работы
математической модели
После задания исходных данных по режиму полета (модель также позволяет реализовать задание полета по профилю, включая участки взлета, крейсера, посадки и др.) запускается пакет, включающий схему теплогидравлики и схему автоматики на расчет. Через некоторое время система выходит на стационар, параметры воздуха в системе при этом практически не меняются. На рис. 8, 9 показаны результаты расчета параметров УОВ для высотного режима (число Маха 0,75; высота полета 12 км).
Как видно из рис. 8 температуры в УОВ выходят на стационарный режим примерно через 120 с. Изменения тем-
пературы (колебания) прежде всего, связаны с тем, что для первой итерации расчета задаются параметры при н.у. (давление 101 325 Па, температура 20 °С). Начальные параметры системы можно изменить или же использовать данные расчета (происходит сохранение всех параметров по тракту в текстовой файл, далее можно использовать этот файл в качестве начальных данных для следующего расчета). Также стоит отметить, что в начальный период времени происходит раскручивание вала турбомашины, выход ее на режим, а также инерция других агрегатов и узлов (например, трубы, внутренние узлы имеют свой объем). Колебания же параметров в системе полностью не прекращаются, поскольку происходит работа заслонок в соответствии с алгоритмами управления (регуляторы изменяют проходное сечение заслонок, тем самым изменяя параметры системы). Для снижения колебаний требуется корректировка алгоритмов управления, например, коэффициентов, использующихся при пропорциональной, интегрирующей, дифференцирующей частях в ПИД-регуляторах.
Рис. 8. Температуры в УОВ в зависимости от времени
Температура на входе в УОВ составляет 203,3 °С, что соответствует работе алгоритма поддержания температуры на входе в УОВ (204,0 ± 2 °С). Температура за компрессором составляет 133,4 °С, при этом степень сжатия компрессора - 1,33. Температура на выходе из турбины составляет -46,4 °С, степень расширения турбины - 2,36. Температура на выходе из УОВ регулируется заслонками, т.е. осуществляется подмес горячего воздуха (от входа в УОВ) к холодному воздуху (за турбиной перед конденсатором). Для данного режима температура на выходе из УОВ составляет 3,5 °С, что позволяет обеспечивать регулировку температур в пассажирских зонах, багажном отсеке и кабине пилотов.
На рис. 9 представлены результаты расчета УОВа, показаны температуры, давления, расходы в некоторых узлах. Также представлены результаты моделирования отбора на СНГ. Температура на входе в СНГ составляет 71 °С согласно работе алгоритма управления заслонкой подмеса горячего воздуха
к воздуху, охлаждаемому продувочным, проходящим через теплообменник.
Расход в продувочной линии УОВа составляет 1,08 кг/с (3888 кг/ч). На высотных режимах за счет поправки по давлению а (формула (8)) из-за отклонения от стандартных параметров сопротивление холодной линии теплообменников увеличивается, тем самым снижается расход воздуха в продувочной линии. Таким образом, на стоянке при стандартных параметрах воздуха мы можем иметь больший расход в продувочной линии, чем на высоте.
Результаты расчета (определение параметров воздуха по горячему/холодному трактам), полученные на подобных математических моделях имеют хорошее совпадение со стационарными моделями (см. систему уравнений (2)) при условии использования корректных исходных данных. Следует подчеркнуть, что точность разработанной модели всегда зависит от качества исходных данных, т.е. чем более подробные исходные данные закладываются в модель, тем ниже погрешность.
G| GillUOVK^KT/C Рис. 9. Температуры в УОВ
При этом необходимо учитывать что процесс создания подобных моделей является итерационным и тесно связан со стадиями проектирования самого летательного аппарата, так, например, на этапе аванпроекта формируется первичная математическая модель, позволяющая провести поисковые исследования по архитектуре системы, провести сравнительный анализ различных архитектур, разработать технических требований к системам и провести формирование запросов поставщикам комплектующих, либо собственным конструкторским и производственным подразделениям.
На этапах эскизного, технического и рабочего проектов происходит усложнение математических моделей и их насыщение данными, а так же валидация моделей на основе стендовых испытаний.
Таким образом к моменту создания системы и ее установки на борту летательного аппарата разработчик получает полностью динамическую модель, позволяющую сопровождать испытания и проводить исследования на режимах невозможных для проведения натурных испытаний.
Заключение
В программном комплексе SimInTech была разработана модель СКВ для перспективного ближне-среднемагистраль-ного самолета, включающая в себя систему отбора воздуха от двигателя, установки охлаждения воздуха, систему распределения воздуха по потребителям, а также пульты управления и алгоритмы управления.
Подобные модели СКВ позволяют проводить расчеты параметров воздуха по тракту системы с учетом особенностей управления заслонок по датчикам температуры, давления, а также в зависимости от профиля полета. Результаты расчета, полученные на данной математической модели, имеют хорошее совпадение с экспериментальными данными и со стационарными моделями.
С помощью возможности отключения блоков, можно реализовать отказные ситуации, например стопорение заслонки в одном положении и др.
Литература
1. Справка по 51т!пТесИ: http://simintech.ru.
2. Шустров Ю.М., Булаевский М.М. Авиационные системы кондиционирования воздуха: учеб. пос. для студентов авиационных специальностей вузов. М.: Машиностроение, 1978. 160 с.; ил.
3. Старостин К.И., Шустров Ю.М. Исследование работы петлевой схемы влагоотделения на влажном воздухе // Вестник Московского авиационного института, 2013. Т. 20, № 1. С. 7-15.
4. Шустров Ю.М., Старостин К.И. Решение задач проектирования авиационных систем кондиционирования воздуха на ПЭВМ: учеб. пос. М.: Изд-во МАИ, 1998. 136 с.: ил.
5. Старостин К.И. Математическое моделирование авиационных систем кондиционирования воздуха с учетом влажности // Вестник Московского авиационного института, 2009. Т. 16, № 2. С. 141-145.
