机载蒸发循环制冷系统实验及制冷剂充注量研究

【摘要】：现代飞机电子设备不断增加,热负荷大幅提高,机载蒸发循环制冷系统因其多方面优势,更符合未来飞机环控系统的发展方向。目前国内对机载准双级蒸发循环制冷系统的设计搭建、仿真分析、实验研究等并不完善,对系统制冷剂充注量的影响、匹配、监测等研究也有待丰富。本文的研究针对上述薄弱环节展开,主要内容包括:(1)根据机载制冷系统技术指标要求,搭建了机载准双级压缩蒸发循环制冷系统;基于ANSYS有限元仿真平台进行了系统模态、随机振动和连接管道的热应力分析,确定了易失效部位,综合校核了系统在机载动、静载荷下的结构可靠性。(2)进行了机载蒸发循环制冷系统的相关实验研究,分析了制冷剂充注量、高低温机载工况、相对补气量对系统制冷性能的影响规律;确定了系统最佳制冷剂充注量,并证明该值具有不同机载工况、不同相对补气量的普适性;分析确定了系统最佳相对补气量;总结了制冷剂充注量、压缩机频率对系统中12个运行状态参数的影响特性。(3)基于MATLAB/Simulink平台建立了机载蒸发循环制冷系统仿真模型,拟合出冷凝器流量计算值与系统制冷剂充注量的关系,扩大了充注量和机载工况的研究范围;利用仿真结果和实验数据相互补充,建立了机载蒸发循环制冷系统制冷剂充注量对应的系统运行参数数据库。(4)通过主元分析和相关性分析,确定了系统制冷剂充注量的表征参数;在此基础上,分别基于物理模型和BP神经网络两种手段,进行机载蒸发循环制冷系统制冷剂充注量监测模型(VRC)的建立和逐步修正;通过对建成的4个VRC模型的监测性能对比,确定了其中最优的VRC-PCA-BP模型,并对其内插性能检验,预测结果的可靠度较高。本研究总体为机载准双级蒸发循环制冷系统结构设计及优化提供了技术储备,为制冷剂充注量、补气量的匹配及寻优提供有效方法,为制冷剂充注量的影响特性提供理论依据,为机载准双级蒸发循环制冷系统的仿真研究提供有利参考,为系统制冷剂充注量监测和故障诊断提供了高效的手段,并为系统的控制优化和智能化发展打下了良好基础。