超声速飞行器热管理系统建模及方案优化设计研究

本文以某型超声速飞行器的综合热管理系统传热模型及方案优化设计为研究目标,参考国外典型的综合热管理系统,以燃油作为主要热沉和液体蒸发器作为辅助热沉,在燃油循环冷却系统中整合了液压油冷却、滑油冷却、设备舱冷却等系统,围绕综合热管理仿真模型的搭建、综合热管理系统的优化设计研究等方面开展研究,对整机的热量进行优化控制,选题具有重要的应用价值。本文分别对综合热管理热源模型、综合热管理热传递模型和综合热管理热控模型进行分析,在简化假定的基础上,建立了各传热部件的数学模型,基于Flowmaster软件对典型包线下的综合热管理系统进行了仿真计算,系统地模拟了热管理系统中存在的流动传热过程,对综合热管理系统特征系统地进行了分析;以隔热毡质量作和两套液体蒸发器中冷却液消耗质量的线性加和作为优化设计目标,以隔热毡厚度和两套液体蒸发器的工作功率作为优化设计变量,以发动机燃油温度上限作为约束条件,建立了热管理系统优化设计的数学模型,基于代理模型技术和Isight设计优化平台对综合热管理方案进行了优化探索。研究结果表明,本文所提出的综合热管理系统能在飞行任务全包线范围内可以满足综合热管理的需求,代理模型的目标函数值与采用Flowmaster仿真计算的结果误差较小,代理模型拟合程度较高,优化工作具有可行性。本文研究结果对综合热管理系统的设计具有参考意义。