机舱温度场仿真与保温系统设计

作     者：刘明闯 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏德宝

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：有限元分析技术 虚拟仪器技术 保温系统 飞机试飞 

摘      要：当飞机执行高寒专项试飞任务时,需要长时间停放在寒冷环境中,低温环境会对机舱中的重心调配系统及机载蓄电池造成破坏,影响它们的正常使用。基于水介质的重心调配系统是目前民用飞机执行试飞任务时广泛使用的一种重心调节装置,以往飞机在执行高寒试飞任务时,主要通过电负载系统为重心调配系统中的水加热升温、将重心调配系统拆卸或将重心调配系统中的水排出的方式避免水结冰对重心调配系统造成破坏;由于重心调配系统结构复杂,不同结构之间水温存在差异,利用电负载系统加热会造成资源上的浪费,重复拆卸重心调配系统、放水等工作会给飞机试飞带来不便。本文提出通过温度场仿真获得客舱及重心调配系统温度变化数据,以温度场仿真结果为依据,为重心调配系统及机载蓄电池设计合理的保温方案。对于温度场仿真,本文首先介绍了温度场仿真的要求,并给出了温度场仿真方案及流程。随后详细介绍了温度场仿真的过程,采用国际上常用的有限元分析软件ANSYS进行温度场仿真,在仿真过程中主要解决了飞机客舱及重心调配系统的模型简化、网格划分、边界条件设定、结果分析等问题,获得了重心调配系统中水温变化数据,为保温系统的设计提供了理论依据。根据温度场仿真结果,进行了保温系统的软硬件设计。保温系统的基本功能为温度采集和温度控制,采用虚拟仪器技术实现这两个核心功能。其中温度采集和温度控制采用的核心控制器为NI公司生产的嵌入式控制器c RIO-9046,通过搭载NI-9216模块实现温度采集的功能,通过搭载NI-9403 I/O模块输出稳定的控制信号,完成对保温设备的控制功能。保温控制系统程序通过Lab VIEW软件编写完成,由嵌入式实时监测软件和人机交互软件组成,其中嵌入式实时监测软件运行于嵌入式主控器中,提供温度监测和串口通讯等功能。人机交互软件提供良好的人机交互界面,通过网络通讯的方式,获取客舱内保温对象温度状态信息和保温系统运行信息。最后,本文通过仿真实验选择了合适厚度、功率的保温材料进行保温实验,验证了保温系统的保温性能,能够在低温环境下完成对保温对象的保温功能,实验结果满足设计要求。