【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机领域，尤其是涉及一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法。
技术介绍
1、航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，作为飞机的心脏，不仅是飞机飞行的动力，也是促进航空事业发展的重要推动力，人类航空史上的每一次重要变革都与航空发动机的技术进步密不可分。发动机热控制技术是目前实现提高发动机功率密度、改善经济性和可靠性的重要技术手段之一，也是发动机控制智能化技术发展的一个重要方向。先进的发动机热控制技术，可使发动机在不同工况下均工作在最佳温度范围，从而提高发动机燃油经济性、动力性、坐舒适性和排放等指标。因此，对发动机再模态转换过程中热控制系统的运行策略性进行优化是极为重要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，该系统基于中间循环热管理方案，即建立中间回路实现发动机内部燃油和润滑油之间的换热，在保证航空发动机燃油和润滑油在全包线范围内的温度都不超过限制值的同时，实现系统的热量排散。优化时需保证系统总能耗不变，通过计算系统中各个油泵在协同作用下的运行频率，增大系统最大散热速率，实现在相同边界条件下系统总换热量最大。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，包括以下步骤：
3、s1、依据基尔霍夫定律构建描述热量传递与转换整体性规律的等效能量流模型作为系统的传热约束方程；
4、s2、分析系统中动力设备的压力变化特性，联立工质流经管网和阀门后压力变化与质
5、s3、将步骤s1和步骤s2得到的约束方程进行耦合，构建以系统最大换热量为目标的非线性热力系统整体运行优化求解数学模型；
6、s4、预设非线性热力系统整体运行优化求解数学模型中的未知变量的初值；
7、s5、通过运算求解非线性热力系统整体运行优化求解数学模型中其余未知变量的数值；
8、s6、基于步骤s5的其余未知变量的计算数值对步骤s4中所预设的非线性热力系统整体运行优化求解数学模型中的未知变量进行更新，重复执行步骤s4～s5直到换热器热阻计算式中的未知变量在更新过程中收敛。
9、优选的，步骤s1中，基于热力系统流程结构建立系统的等效能量流模型，依据基尔霍夫定律构建描述热量传递与转换整体性规律的控制方程组，包括：
10、
11、
12、
13、
14、其中：
15、
16、其中，m为工质的质量流量；cp为工质的定压比热容；q为换热器的换热量；r为换热器的热阻；k为换热器的传热系数；ai为换热器的换热面积；t为温度；下标h，c分别表示换热器的热侧和冷侧，下标in表示换热器入口。
17、优选的，步骤s2中，分析工质流经各部件的压力变化特性，联立工质流经各部件后压力变化与质量流量的函数关系，建立描述工质压力分布规律的动力平衡和阻力平衡的流动约束方程，包括：
18、
19、
20、
21、
22、
23、
24、
25、其中，ω为泵的频率；ρ为密度；g为重力加速度；泵和管网的特性参数ai，di均为已知变量。
26、优选的，步骤s3中，构建非线性热力系统的整体运行优化求解数学模型，由工质流动、热量传递以及热量转换的耦合影响关系进行约束，得到优化方程，包括：
27、
28、式中pt为系统总能耗，单位为w；p1，p2，p3，p4，p5分别对应系统中变频泵p1-p5对应需要的能耗；α、β、γ为拉格朗日乘子法中的乘子；
29、根据已建立的非线性热力系统的整体运行优化求解数学模型，运行优化问题共包含22个约束方程，22个未知变量，即ω1、ω10、ω2、ω3、ω4、m1、m11、m12、m2、m3、m4、m10、m30、m40、α、β1、β2、β3、β4、β5、β6、β7。
30、优选的，步骤s4中，非线性热力系统整体运行优化求解数学模型中的未知变量包括：换热器冷、热流体各自的质量流量及油泵的运行频率。
31、因此，本专利技术采用上述一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，其技术效果如下：
32、(1)本专利技术的求解流程中采用拉格朗日乘子法进行多目标优化，保留了系统中各参量之间的耦合关系，系统传热约束构建时热阻的引入剥离了热量传递过程中变量间原本的非线性隐式耦合关系，降低了求解模型的复杂程度难度，提高了求解效率。
33、(2)本专利技术求解的所有约束方程均为系统固有约束，这与对系统非线性模型进行线性简化有本质上的区别，从而进一步保证了计算的精确性。
34、(3)本专利技术通过求解可得到系统在不同工作条件下的最佳运行工况，使得系统获得最大散热效率。
35、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，其特征在于，步骤S1中，基于热力系统流程结构建立系统的等效能量流模型，依据基尔霍夫定律构建描述热量传递与转换整体性规律的控制方程组，包括：
3.根据权利要求2所述的一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，其特征在于，步骤S2中，分析工质流经各部件的压力变化特性，联立工质流经各部件后压力变化与质量流量的函数关系，建立描述工质压力分布规律的动力平衡和阻力平衡的流动约束方程，包括：
4.根据权利要求3所述的一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，其特征在于，步骤S3中，构建非线性热力系统的整体运行优化求解数学模型，由工质流动、热量传递以及热量转换的耦合影响关系进行约束，得到优化方程，包括：
5.根据权利要求1所述的一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，其特征在于，步骤S4中，非线性热力系统整体运行优化求解数学模型中的未知变量包括：换热器冷、热流体各自的质量流量及油泵的运行频率。
【技术特征摘要】
1.一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，其特征在于，步骤s1中，基于热力系统流程结构建立系统的等效能量流模型，依据基尔霍夫定律构建描述热量传递与转换整体性规律的控制方程组，包括：
3.根据权利要求2所述的一种航空发动机热控制系统整体运行优化方法，其特征在于，步骤s2中，分析工质流经各部件的压力变化特性，联立工质流经各部件后压力变化与质量流量的函数关系，建立描述工质...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵卫，刘君玲，陈群，贺克伦，王云雷，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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