(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111451792.0 (22)申请日 2021.12.01 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 庞丽萍　阿嵘　张明治　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 代理人 刘芳 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种飞行器热 管理系统优化方法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种飞行器热管理系统优化方 法及系统， 包括： S1： 获取 飞行器参量； S2： 确定冷 循环的初值和高温热源初始流量； S3： 计算空气 制冷系统热力循环的初步温度和压力； S4： 确定 空气制冷工质质量流量和各换热器热交换量； S5： 优化换热器的几何尺寸； S6： 计算换热器的阻 力； S7： 判断制冷系统各点温压是否匹配， 若是， 执行下一步骤； S8： 若否， 进行修正； S9： 计算引气 需求量、 涡 轮功率输出、 压缩机功耗、 燃油需求量 和换热器重量； S10： 计算总等效质量； S11： 判断 总等效质量是否最小， 若是， 则结束； S12： 若否， 则更新优化变量值， 直到总等效质量最小。 本发 明中的上述方法不仅对热力循环进行了优化， 还 对热管理系统引起的发动机性能损失进行了优 化。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 114154242 A 2022.03.08 CN 114154242 A 1.一种飞行器热 管理系统优化方法， 其特 征在于， 所述优化方法包括： S1： 获取飞行器的飞行高度、 马赫数、 制冷量和供电量需求； S2： 确定冷循环的初值和高温热源初始流量； 所述冷循环的初值为： 压缩机出口温度和 系统最小压力； S3： 基于所述冷循环的初值和高温热源初始流量计算空气制冷系统热力循环的初步温 度和压力； S4： 基于所述空气制冷系统热力 循环的初步温度和压力确定空气制冷工质质量流量和 各换热器热交换量； S5： 以换热器质量 最小为目标， 优化换 热器的几何尺寸； S6： 基于所述换 热器的几何尺寸， 计算换 热器的阻力； S7： 判断制冷系统各点温压是否匹配， 若匹配， 则执 行下一步骤； S8： 若不匹配， 则修 正空气制冷系统的压力， 返回步骤S3； S9： 计算引气需求 量， 涡轮功率输出、 压缩机功耗、 燃油需求 量和换热器重量； S10： 计算总等效质量； S11： 判断所述总等效质量是否最小， 若是， 则结束； S12： 若否， 则更新优化变量 值， 返回步骤S2， 直到总等效质量 最小。 2.根据权利要求1所述的飞行器热管理系统优化方法， 其特征在于， 所述空气制冷系统 热力循环包括： 闭式空气制冷系统热力循环和开式空气制冷系统热力循环。 3.根据权利要求2所述的飞行器热管理系统优化方法， 其特征在于， 以换热器质量最小 为目标， 优化换 热器的几何尺寸具体采用以下公式： 确定目标函数： 其中， MHX表示换热器的总质量， kg； 表示优化设计 变量矩阵： sc为冷流体侧翅片宽度， hc为冷流体侧翅片内高， lc为冷流体侧翅片错列长度， tf,c为冷 流体侧翅片厚度， tc为冷流体侧隔板厚度， sh为热流体侧翅片 宽度， hh为热流体侧翅片内高， lh为冷流体侧翅片错列长度， tf,h为冷流体侧翅片厚度， th为冷流体侧隔板厚度， L为非流动 方向长度； 约束条件为： LB为优化设计变量矩阵 的下限矩阵， UB为优化设计变量矩阵 的上限矩阵， ΔPc冷流 体侧换热器压降， ΔPmax,c为冷流体侧换热器最大压降， ΔPh热流体侧换热器压降， ΔPmax,h为 热流体侧换 热器最大压降。 4.根据权利要求1所述的飞行器热管理系统优化方法， 其特征在于， 所述基于所述换热 器的几何尺寸， 计算换 热器的阻力具体包括以下步骤：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114154242 A 2利用公式 计算出换热器的当量直径， 其中， s为翅片宽度， h为 翅片内高， l为翅片错列长度， tf为翅片厚度； 基于所述换热器的当量直径计算Re： 其中， v为流体流速， η为流体粘度； ρ 为 流体密度； 基于所述Re计算换热器的阻力： 其中， gm为流体的质 量流速； Ac和Aa分别为换 热器芯体和各局部阻力处的计算 流通截面积。 5.一种飞行器热 管理系统优化系统， 其特 征在于， 所述优化系统包括： 数据获取模块， 用于获取飞行器的飞行高度、 马赫数、 制冷量和供电量需求； 赋值模块， 用于确定冷循环的初值和高温热源初始流量； 所述冷循环的初值为： 压缩机 出口温度和系统最小压力； 空气制冷系统热力 循环的初步温度和压力计算模块， 用于基于所述冷循环的初值和高 温热源初始流 量计算空气制冷系统热力循环的初步温度和压力； 空气制冷工质质量流量和各换热器热交换量确定模块， 用于基于所述空气制冷系统热 力循环的初步温度和压力确定空气制冷工质 质量流量和各换热器热交换量； 优化模块， 用于以换 热器质量 最小为目标， 优化换 热器的几何尺寸； 阻力计算模块， 用于基于所述换 热器的几何尺寸， 计算换 热器的阻力； 第一判断模块， 用于判断制冷系统各点温压是否匹配， 若匹配， 则执 行下一步骤； 修正模块， 用于当不匹配时， 修正空气制冷系统的压力， 返回空气制冷系统热力循环的 初步温度和压力计算模块； 引气需求量， 涡轮功率输出、 压缩机功耗、 燃油需求量和换热器重量计算模块， 用于计 算引气需求 量， 涡轮功率输出、 压缩机功耗、 燃油需求 量和换热器重量； 总等效质量计算模块， 用于计算总等效质量； 第二判断模块， 用于判断所述总等效质量是否最小， 若是， 则结束； 更新优化模块， 用于当否时， 更新优化变量 值， 返回赋值模块， 直到总等效质量 最小。 6.根据权利要求5所述的飞行器热管理系统优化系统， 其特征在于， 所述空气制冷系统 热力循环包括： 闭式空气制冷系统热力循环和开式空气制冷系统热力循环。 7.根据权利要求6所述的飞行器热管理系统优化系统， 其特征在于， 所述优化模块具体 采用以下公式： 确定目标函数： 其中， MHX表示换热器的总质量， kg； 表示优化设计 变量矩阵： sc为冷流体侧翅片宽度， hc为冷流体侧翅片内高， lc为冷流体侧翅片错列长度， tf,c为冷 流体侧翅片厚度， tc为冷流体侧隔板厚度， sh为热流体侧翅片 宽度， hh为热流体侧翅片内高，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114154242 A 3