Новости

Моделирование системы кондиционирования воздуха во внештатных ситуациях

Durrell Rittenberg 

Siemens PLM Software

 

Наличие современных систем, позволяющих пассажирам путешествовать на гражданских рейсах с комфортом и должным уровнем безопасности, становится особенно актуально в летний период. Одним из условий обеспечения надлежащего уровня комфорта является наличие на борту работоспособной системы кондиционирования воздуха (ECS), отвечающей за поддержание необходимого температурного режима, давления и влажности на всем протяжении полета. В основе ECS - сложные системы вентиляционных каналов, регуляторов давления, теплообменников и проч. Перед сертификацией воздушного судна Федеральным агентством воздушного транспорта (FAA), производитель обязан предоставить подтверждение способности ECS функционировать во внештатных ситуациях.

Одним из подобных сценариев может быть отказ одного из модулей данной системы в течение полета. При учете, что на борту находится, в среднем, порядка 100 пассажиров, то при отсутствии рабочей системы охлаждения и кондиционирования, температура и влажность на борту быстро становится некомфортной.

STAR-CCM+ v11.04

В течение последних лет, в условиях установившихся низких цен на нефть, индустрии поисково-разведочных работ и добычи претерпели множество значительных изменений.

STAR-CCM+ v11.04

В течение последних лет, в условиях установившихся низких цен на нефть, индустрии поисково-разведочных работ и добычи претерпели множество значительных изменений.

По этой причинеДля решения подобных задач, инженеры используют компьютерное моделирование аварийных режимов работы, когда часть системы вышла из строя, и требуется подтвердить способность ESC охлаждать кабину самолета при любых обстоятельствах. В этом случае, основное влияние на развитие процесса оказывают трехмерные эффекты, которыми, как правило, пренебрегают. Однако недавно, совместно с группой AMEsim в Лионе (Франция), был реализован комбинированный подход, где удалось соединить одномерную модель с трехмерной CFD моделью, что позволило учесть 3D эффекты и при относительно небольших вычислительных затратах за счет использования 1D модели.

Совместно с Оливером Брока из AMEsim и экспертом STAR-CCM+ Мэтью Стасиа, было принято решение рассмотреть несколько реальных ситуаций, включая отказ различных модулей. Преимущество 1D процессорного моделирования заключается в возможности смоделировать полет самолета от взлета до посадки. Однако при этом трехмерные эффекты не берутся в расчет. С другой стороны, можно провести расчет исключительно при помощи трехмерной CFD-модели, но это сделает процесс крайне дорогостоящим, как с точки зрения вычислительных ресурсов, так и времени. Суть нашего предлагаемого подхода заключается в том, чтобы совместить расчет системы ECS в AMEsim, а расчет системы кондиционирования в STAR-CCM+, с целью обеспечения возможности возврата системы к нормальным показателям температуры, влажности и давления.    

После валидации модели, мы провели оценкубыли проведены оценки  системы жизнеобеспечения в условиях отказа одного из модулей ECS.  Анимация внизу показывает обстановку в кабине при потере системой охлаждающей мощности из-за отказа одного из узлов. Вы видите быстрый рост и последующую стабилизацию температуры в кабине. На рисунке 1 можно увидеть отклик одномерной системы в процессе отказа. Выводом из проведенного исследования стало понимание того, что использование комбинации из одномерной системы моделирования и трехмерной CFD-модели является мощным инструментом проектирования, позволяющим инженерам создавать более надежные и комфортабельные самолеты.

Рис. 1 отклик одномерной системы в процессе отказа

Авторские права © 2007-2020 "Саровский Инженерный Центр"​
Технопарк «Саров»
607328, Сатис, ул. Парковая, д. 3
Тел. +7 (83130) 6 76 01
Email: info@saec.ru
Нижний Новгород

603105, ул. Ошарская, 77А, офис 410
Тел: +7 (831) 469 03 41
Email: nn@saec.ru