基于缩比试验模型进行飞机燃油散热系统缩比试验的方法技术方案

基于缩比试验模型进行飞机燃油散热系统缩比试验的方法，属于航空领域。相比于全尺寸地面试验和飞行试验，可有效降低试验成本，缩段试验周期，减少试验难度；使用电加热替代实际燃油散热系统中的各种热源，减少了系统的复杂度，降低了搭建试验系统所需的人力耗费；在缩比试验模型中减少了热源的高热量输入，使得电加热器能在较小的电压和电流下运行，安全系数高；通过对系统中各部件的处理，使得缩比试验模型相比于原型系统的换热量、工质流量缩比，而温度和压力不变，缩比试验的测量结果与原型系统的对应关系简单清晰。原型系统的对应关系简单清晰。原型系统的对应关系简单清晰。

【技术实现步骤摘要】
基于缩比试验模型进行飞机燃油散热系统缩比试验的方法


[0001]本专利技术属于航空领域，具体涉及一种飞机燃油散热系统的缩比试验方法。

技术介绍

[0002]随着航空科学技术的发展及飞行器性能的不断提高，现代飞行器内部大量高集成度电子设备以及动力系统、电源系统、液压系统等产生的热负荷不断攀升。为了消纳飞机飞行过程中产生的热负荷，需要构建燃油散热系统，利用燃油的热沉吸收飞机各子系统或部件所散发的热量。
[0003]燃油散热系统由油箱、管道、换热器、泵等设备组成。在泵的驱动下，燃油从油箱中流出后依次流过各个发热源的同时，利用换热器吸收热源的散热量，而后，经过燃油分配阀，一部分经升压泵升压后进入发动机燃烧室，一部分经冲压空气等热沉冷却后回到油箱内。
[0004]目前对飞机燃油散热系统的试验研究主要是地面全尺寸试验或将燃油散热系统安装在样机上进行飞行试验，然而无论是地面全尺寸试验还是飞行试验都需要大量的经费投入且周期长、难度大。为了能低成本地在较短周期内对燃油散热系统的架构方案进行试验验证，需要建立飞机燃油散热系统的缩比试验模型以进行缩比试验。

技术实现思路

[0005]针对目前飞机燃油散热系统试验研究的成本高、周期长、难度大等问题，本专利技术的目的在于提出一种飞机燃油散热系统缩比试验模型，以降低投入成本、缩短试验周期、降低试验难度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]基于缩比试验模型进行飞机燃油散热系统缩比试验的方法，包括如下步骤。
[0008]步骤一，缩比试验模型对于发热源的处理：
[0009]利用管道式电加热器模拟各个热源(如电子设备、液压系统、发动机和发电机滑油等)所散发的热量，散热量按比例K缩比，K<1。K的定义为K＝Q
m
/Q
p
，其中Q为换热量，下标
m
和
p
分别代表缩比试验模型和原型燃油散热系统；
[0010]替代各个发热源的管道式加热器的管径与管路管径保持一致；管长按压力损失不变原则确定。保证缩比试验模型中工质流过管道式电加热器的压力损失应等于原型燃油散热系统工质流过对应热交换设备的压力损失。
[0011]步骤二，缩比试验模型中工质的处理：
[0012]工质类型不变；工质的初始压力P和温度T保持不变；工质的各物性参数不变；工质流量G按换热量缩小比例K缩比，即：
[0013]P
m
＝P
p
,T
m
＝T
p
,G
m
＝KG
p
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(1)
[0014]此时，对于工质的换热过程，根据步骤一和热平衡方程有，
[0015][0016]其中，Q表示换热量，ρ表示工质密度，Cp表示工质比热容。将式(1)代入式(2)可知，缩比试验模型中的工质在换热过程中的温差与原型系统一致，再由工质的初始温度保持不变可推得，工质在缩比试验模型中的温度分布与原型系统相同。
[0017]步骤三，缩比试验模型油箱的处理：
[0018]油箱体积V按换热量缩小比例K缩比，即：
[0019]V
m
＝KV
p
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(3)
[0020]步骤四，缩比试验模型换热器的处理：
[0021]并联的管道数量n按换热量缩小比例K缩比，即：
[0022]n
m
＝Kn
p
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(4)
[0023]每根管道的管径和管长保持不变。
[0024]在原型燃油散热系统中，换热器全部为叉流式换热器，在换热器的冷热流体侧，均有多根并联的管道。当按K的比例缩减管道数量并同时保持每根管道的管径和管长不变时，根据步骤二工质流量按K比例缩比可得每根管道内的流动和换热均保持不变。因此换热器的换热量正比于管道数量，也按K的比例减少，与步骤一热源的处理相洽。
[0025]此外，工质流过换热器的压降损失等于并联管道中单根管道的压力损失。由于单根管道的流速、管径和管长均保持不变，缩比试验模型中工质流过换热器的压力损失保持不变。
[0026]步骤五，管路的处理：
[0027]缩比试验模型管路的管径和管长按压力损失不变原则确定。管路内的压力损失可根据下式计算，
[0028][0029]其中，ΔP为压力损失，ξ表示压力损失系数；ρ表示工质密度；A表示管道截面积；G表示工质流量；L表示管长；d表示管径。
[0030]根据步骤二工质流量G按K的比例缩小，则缩比试验模型中管路的管径估算式为，
[0031][0032]将式(6)的计算结果四舍五入地取整作为缩比试验模型系统管路的管径。然后，根据式(5)，为保证缩比试验模型中的管路压力损失不变，还需根据缩比试验模型中管路的总压力损失系数ξ
m
确定管路的管长，
[0033][0034]管路的总压力损失系数包括直管段和弯管段两部分。直管损失系数ξ
straight
半经验计算公式为，
[0035][0036]弯管损失系数ξ
bend
半经验计算公式为，
[0037][0038]式中R为弯曲半径(m)，θ为弯曲角度(
°
)。
[0039]步骤六，缩比试验模型中泵的处理：
[0040]根据步骤二至步骤五，泵需提供的压升不变，流量按K的比例缩比。缩比试验模型中即根据泵的压升和流量选择合适的成品件。
[0041]进一步的，所述燃油散热系统缩比试验模型中，忽略管壁厚度对工质流动和换热过程造成的影响。
[0042]进一步的，燃油散热系统中的阀门、活门等部件根据缩比试验模型中的管路直径选择合适成品件。
[0043]进一步的，步骤五中管路的管径和管长的计算方法适用于管道式电加热器。
[0044]进一步的，原型燃油散热系统缩比试验模型中的管道式电加热器为功率可调的电加热器，泵为转速可调的变频泵，使得缩比试验模型可用于不同工况下燃油散热系统的试验。
[0045]本专利技术的有益效果：
[0046](1)相比于全尺寸地面试验和飞行试验，可有效降低试验成本，缩段试验周期，减少试验难度；
[0047](2)使用电加热替代实际燃油散热系统中的各种热源，减少了系统的复杂度，降低了搭建试验系统所需的人力耗费；
[0048](3)在缩比试验模型中减少了热源的高热量输入，使得电加热器能在较小的电压和电流下运行，安全系数高；
[0049](4)通过对系统中各部件的处理，使得缩比试验模型相比于原型系统的换热量、工质流量缩比，而温度和压力不变，缩比试验的测量结果与原型系统的对应关系简单清晰。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于缩比试验模型进行飞机燃油散热系统缩比试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，缩比试验模型对于发热源的处理：利用管道式电加热器模拟各个热源所散发的热量，散热量按比例K缩比，K<1；K的定义为K＝Q
m
/Q
p
，其中Q为换热量，下标m和p分别代表缩比试验模型和原型燃油散热系统；替代各个发热源的管道式加热器的管径与管路管径保持一致；管长按压力损失不变原则确定；保证缩比试验模型中工质流过管道式电加热器的压力损失应等于原型燃油散热系统工质流过对应热交换设备的压力损失；步骤二，缩比试验模型中工质的处理：工质类型不变；工质的初始压力P和温度T保持不变；工质的各物性参数不变；工质流量G按换热量缩小比例K缩比，即：P
m
＝P
p
,T
m
＝T
p
,G
m
＝KG
p
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(1)此时，对于工质的换热过程，根据步骤一和热平衡方程有，其中，Q表示换热量，ρ表示工质密度，Cp表示工质比热容；将式(1)代入式(2)可知，缩比试验模型中的工质在换热过程中的温差与原型系统一致，再由工质的初始温度保持不变可推得，工质在缩比试验模型中的温度分布与原型系统相同；步骤三，缩比试验模型油箱的处理：油箱体积V按换热量缩小比例K缩比，即：V
m
＝KV
p
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(3)步骤四，缩比试验模型换热器的处理：并联的管道数量n按换热量缩小比例K缩比，即：n
m
＝Kn
p
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(4)每根管道的管径和管长保持不变；在原型燃油散热系统中，换热器全部为叉流式换热器，在换热器的冷热流体侧，均有多根并联的管道；当按K的比例缩减管道数量并同时保持每根管道的管径和管长不变时，根据步骤二工质流量按K比例缩比可得每根管道内的流动...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴韬，于喜奎，於萧萧，林鹏，何川，陈召斌，
申请(专利权)人：沈阳飞机设计研究所扬州协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：