多工况混电飞机板翅式散热器优化设计方法

针对机载板翅式散热器在结构设计时传热和压降的极端工况点不一致的问题,提出了考虑多工况约束条件的散热器结构优化算法。建立了散热器计算模型并验证了模型的准确性,并基于遗传算法(GA)和粒子群优化算法(PSO)建立了改进的GAPSO算法模型,在该模型基础上考虑了散热器工作包线作为入口参数,通过不断改进散热器结构参数,确保散热器在不同入口参数下计算得到的传热和压降都能够满足约束条件。结果表明:与GA算法和PSO算法相比,GA-PSO算法在解决多工况优化问题时具有更强的全局寻优能力和收敛性,得到的优化结果在限定体积内质量最小,最小质量达3.91kg,与优化前相比降低了14%,同时也保证了散热器在工作包线内任意工况下压降和传热均满足约束要求,验证了基于GA-PSO算法的散热器多工况优化方法的可行性。

串联混电飞机方案设计方法及能源管理策略

针对串联混电飞机,首先在给定任务需求的飞行剖面内,结合动力学特性对整机的飞行性能进行分析,将总体设计参数与各飞行段的功率能耗需求相关联,进而开展各部分组件和全机的设计选型;然后对串联混电系统中的计算逻辑和各条工作路径进行梳理和总结,讨论分析能源管理策略对方案设计的潜在影响。基于搭建的设计系统,首先针对Dornier Do 228NG飞机构型,从3个设计方面,将该方法与国外两个团队各自开发的设计方法进行对比分析,结果表明,对设计点评估的相对误差均在1.5%以内,对传统动力方案设计的各项相对误差在6%以内,而串联混电方案设计中最大起飞质量的相对误差在4%以内,验证了本文方法的可行性和有效性。其次,分析讨论了4种能源管理策略的特点和优劣势,并基于一款国外现有的串联混电飞机Panthera Hybrid,研究了不同策略下的动力系统工作特征和各项设计参数差异。其中,Light策略下的飞机起飞总质量最小,收益来源主要是起飞阶段的最大需求功率由燃油和电池动力系统同时承担,直接优化了动力系统的总质量。

燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统总体性能及匹配分析

为大幅减小发动机耗油率,降低碳排放,提升飞机续航能力,提出了基于碳氢燃料的燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统,通过预重整和高温燃料电池实现碳氢燃料的电化学利用并避免传统氢燃料电池飞机储氢困难、体积能量密度小的问题,另一方面,利用燃气涡轮增加燃料电池功率密度,减小其体积和质量。以MQ-1无人机为匹配对象,通过建立推进系统质量和热力学性能模型,对混合系统进行了部件参数匹配分析。随着燃料利用率减小,燃料电池极化减小,换热器平均换热温差增加,因而混合推进系统质量急剧下降,耗油率大幅上升,该航空混合系统质量与总效率的优化方向相反。随压比增加,燃料电池功率和质量增加幅度较大,导致飞机载油量降低,但在燃料电池电流密度为常数时,对燃料电池和混合系统效率影响较小。设计条件下,混合系统中燃料电池和换热器占据混合系统质量的主要部分,超过70%。相比原型内燃机动力,混合推进系统质量约增加40%,但热效率可提高约111%。此外,混合推进系统可满足飞机在爬升阶段和巡航阶段的功率需求,装备该动力的无人机续航时间可提高97%。