[发明专利]一种空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法

说明书

本发明属于本发明属于航空飞机燃油惰化系统热管理领域，具体涉及一种空气‑空气集成换热装置的性能匹配设计方法。目前对于空气‑空气集成换热装置的功能及可靠性设计与实现，缺乏功能正向设计及验证能力。本发明通过对与集成换热装置配套的飞行包线及系统工作工况进行需求分析，确定集成换热装置在整个飞行包线下的工作工况点，确定换热最严酷点，并针对整各工作工况点进行换热器和旁通活门的性匹配设计，获取满足需求的性能结构方案，解决传统设计的单点式、反复性的问题。通过旁通流量比的确定，可实现出口温度的精准控制，提高换热装置换热性能，热疲劳寿命分析，保证换热装置的结构最佳化、高可靠性的结构设计。

技术领域

本发明属于本发明属于航空飞机燃油惰化系统热管理领域，具体涉及一种空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法。

背景技术

惰化系统把引自发动机压气机的高压气体处理成适合油箱惰化的氧浓度较低的富氮气体，通入燃油箱，保证油箱处于惰化的安全状态，空气-空气换热装置作为航空发动机惰化系统之换热系统中必不可少的附件，一般由散热器1和温控活门2组成，如图1所示，高温空气通过换热器1与冷边空气实现热交换，将热边空气出口温度控制在要求的范围内。换热器的热边空气流道设置温控活门2，通过调节活门开度调节旁路流量，进行实现控制热边空气出口温度。

换热装置的热边出口温度是整个系统的重要指标，需保证在一定公差范围内。目前对于空气-空气集成换热装置的功能及可靠性设计与实现，缺乏功能正向设计及验证能力，导致未考虑到全飞行包线产品内外环境，换热装置装机后超/低温问题频发；可靠性设计及分配不合理，识别及管控不到位，可靠性验证方法及合格判据不充分，跑冒滴漏频发。

发明内容

鉴于现有技术的上述情况，本发明提供了一种高可靠性空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，通过对与集成换热装置配套的飞行包线及系统工作工况进行需求分析，确定集成换热装置在整个飞行包线下的工作工况点，确定换热最严酷点，并针对整各工作工况点进行换热器和温控活门的性匹配设计，获取满足需求的性能结构方案，解决传统设计的单点式、反复性的问题。通过旁通流量比的确定，可实现出口温度的精准控制，提高换热装置换热性能，热疲劳寿命分析，保证换热装置的结构最佳化、高可靠性的结构设计。

本发明提供一种空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，集成换热装置包括换热器和温控活门，该方法通过在所述换热器的热边进口管道与温控活门所在的旁路管道进口的交叉位置设置导流片来实施，并具体包括以下步骤：

S1、需求确定

确定换热装置冷热边进口温度、流量和压力，热边出口温度要求以及流阻要求、换热装置的寿命要求；

S2、工况确定

根据步骤S1得到的参数，确定集成换热装置在飞行包线下的工况点；

S3、换热器和温控活门性能匹配分析

设计换热装置的结构，包括：换热器的结构及尺寸、温控活门的结构与尺寸、导流片的形状、位置、角度与尺寸，并基于各工况点对换热装置的换热性能进行计算，换热性能包括温控活门旁通流量和流阻、换热器的热边出口温度以及流阻；绘制各工况点下温控活门的旁通流量和无量纲流阻曲线，以及换热器的流量和无量纲流阻曲线，寻找换热器与温控活门流量之和等于换热装置进口总流量的流阻值；

S4、判断步骤S3的结果是否满足步骤S1中的要求，如果满足则进入步骤S5，如果不满足，返回步骤S3；

S5、高可靠性设计

进行热疲劳分析得到换热器中各零部件的疲劳寿命；

S6、判断步骤S5中的疲劳寿命是否满足步骤S1中的要求，如果满足则完成设计，如果不满足，返回步骤S3。