一种飞行器散热系统、设计方法及控制方法与流程

本发明涉及散热，特别是涉及一种飞行器散热系统、设计方法及控制方法。

背景技术：

1、现有的飞行器在飞行过程中一般会存在一个或数个发热组件，具体可以是航空发动机、燃料电池、锂电池、油动以及混合动力等部件，虽然飞行过程中可以依靠空气流动完成相应的散热工作，但是也需要有一定规模的散热系统将热量转运至对应的散热区域或组件中，以便快速完成散热；并且，散热效能及散热结果还有一定要求，如动力系统的最佳工作温度处于相对固定的范围内，不能过高或过低。

2、现有的飞行器的散热设计中，常见的技术方案依然是主动式散热结构，可以通过常见的循环泵、流量阀等组件进行冷却工质流量的精确调控，从而控制散热系统的工作温度，以实现上述散热性能的需求，保持发热组件处于最佳工作温度范围内。但是由于增加了控制组件，一方面不仅抬升了整体成本，还因为控制难度增加，使其故障率较高，且一旦控制系统失灵或宕机，容易导致散热系统整体失效，危及飞行安全；另一方面，增加的动力组件还会挤占飞行器中宝贵的空间及飞行器的有效载重量。

3、虽然，可以通过将散热系统的动力单元与飞行器的动力系统进行关联，从而节省空间及成本，但是由于飞行器的动力系统与飞行状态强相关，不能依据散热要求随意调整，且常见的飞行器动力系统输出情况也为定速输出(如旋翼机主要依靠改变桨距调整升力)，由此，再增加可控的调速机构将导致成本上升，且会占有大量空间。

4、综上，还需要针对现有的散热系统进行改进，从而缩减动力单元占用空间及重量，并能根据不同的工况需求，简单调节散热能力，以满足系统需求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种飞行器散热系统、设计方法及控制方法，通过飞行器外挂的形式减少空间占用，并以模块开关组合的方式适应不同工况需求，降低调控难度。

2、为实现上述目的，一方面本发明提供了一种飞行器散热系统，包括换热器和散热器；所述换热器的冷端与飞行器的发热组件直接或间接接触，并通过循环管路与所述散热器连接；冷却工质在所述换热器与所述散热器之间循环；

3、所述散热器为风冷散热器，安装于所述飞行器的蒙皮和/或气体流道的表面；

4、所述散热器设有第一散热模块和至少一个第二散热模块；所述第一散热模块为常开状态，并通过汇流结构并联所述第二散热模块；

5、所述第二散热模块的流路上串接有开关阀，且所述第二散热模块的表面和/或对应的汇流结构上安装有加热模块。

6、可选的，所述换热器为冷板，且所述冷板中设有流路；

7、所述冷板进液口的温度处于固定范围内。

8、可选的，所述散热器为翅片式散热器，包括中间槽道层和翅片层；

9、所述中间槽道层为口琴管式液冷板；所述中间槽道层的外侧设有所述翅片层。

10、可选的，所述翅片层的截面呈密排的几字形结构，且凸部朝向所述飞行器的外部；

11、优选的，所述翅片层凸棱的长边方向与所述中间槽道层冷却工质的流向垂直。

12、可选的，所述散热器还包括上面板和下面板；

13、所述上面板外挂于所述飞行器的蒙皮上；所述中间槽道层位于所述上面板与所述下面板之间；所述翅片层外覆于所述下面板上。

14、可选的，所述加热模块包括加热套；

15、所述汇流结构为集流管，且所述集流管上套装有所述加热套；

16、所述汇流结构上还设置有温度传感器；

17、优选的，所述加热模块包括加热膜；

18、所述第二散热模块的一侧表面贴附有所述加热膜，且所述第二散热模块还设有温度传感器；

19、系统设有至少两个所述第二散热模块，且所述第二散热模块的散热面积不全相同。

20、另一方面，本发明还提供一种飞行器散热系统设计方法，主要包括：

21、首先，按照不同飞行器工况下海拔高度的大气参数及对应的飞行状态，确定各飞行器工况的散热功率需求；建立散热器的仿真模型，再根据所述散热功率需求，对所述仿真模型仿真计算得到各飞行器工况下所需的散热面积；

22、选取最小的散热面积为第一散热模块的散热面积，并根据各飞行器工况下所需的散热面积与所述第一散热模块的散热面积进行差值计算，获得待增加散热面积；

23、对所述待增加散热面积构成的数据集进行有序聚类，形成的类别作为所述散热器的工作阶段；

24、预设散热系统包含数个第二散热模块，且所述第二散热模块包括低功率第二散热模块和高功率第二散热模块；

25、计算各所述类别中平均待增加散热面积，并除去所述平均待增加散热面积小于阈值的类别，选取最小的一类为低功率类别，并取所述低功率类别中待增加散热面积最大值为所述低功率第二散热模块的散热面积总和；再选取全部待增加散热面积中最大值与所述低功率第二散热模块的散热面积作差，获得的差值为所述高功率第二散热模块的散热面积总和；

26、之后，再根据飞行器工况核算所需加热模块的额定功率，再进行对应的选型工作。

27、可选的，将所述待增加散热面积与对应的所述飞行器工况建立映射关系，并形成所述数据集。

28、再一方面，本发明还基于上述飞行器散热系统及设计方法提供相应的控制方法；按照飞行器工况划分出散热器的工作阶段；

29、依据所述工作阶段的控制方法包括：

30、各工作阶段中第一散热模块保持常开的工作状态，并在对应的工作阶段选择性开关第二散热模块；

31、加热模块调控进入换热器的冷却工质的温度处于固定范围内。

32、可选的，所述第二散热模块上安装有所述加热模块，且所述第二散热模块关闭期间，通过对应的加热模块维持所述第二散热模块的温度处于固定范围内。

33、本发明采用上述的一种飞行器散热系统、设计方法及控制方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

34、本发明通过飞行器外挂的方式减少占用机体内部空间，并利用飞行过程中空气流动进行有效散热，并将散热器模块化，通过组合的方式应对不同工况的需求，从而减少动力单元的要求，也化简了控制系统，在降低成本的同时还能满足工况需求；结合加热模块的应用，一方面可以在不调整流量的情况下辅助完成温度调节；另一方面，可以保证低温环境中各散热模块处于工作温度范围内，提升系统稳定性，减少故障率。

技术特征：

1.一种飞行器散热系统，包括换热器和散热器；所述换热器的冷端与飞行器的发热组件直接或间接接触，并通过循环管路与所述散热器连接；冷却工质在所述换热器与所述散热器之间循环；

2.根据权利要求1所述的飞行器散热系统，其特征在于，所述换热器为冷板，且所述冷板中设有流路；

3.根据权利要求1所述的飞行器散热系统，其特征在于，所述散热器为翅片式散热器，包括中间槽道层和翅片层；

4.根据权利要求3所述的飞行器散热系统，其特征在于，所述翅片层的截面呈密排的几字形结构，且凸部朝向所述飞行器的外部；

5.根据权利要求3-4任一项所述的飞行器散热系统，其特征在于，所述散热器还包括上面板和下面板；

6.根据权利要求1所述的飞行器散热系统，其特征在于，所述加热模块包括加热套；

7.一种飞行器散热系统设计方法，其特征在于，设计方法包括：

8.根据权利要求7所述的飞行器散热系统设计方法，其特征在于，将所述待增加散热面积与对应的所述飞行器工况建立映射关系，并形成所述数据集。

9.一种飞行器散热系统控制方法，其特征在于，按照飞行器工况划分出散热器的工作阶段；

10.根据权利要求9所述的飞行器散热系统控制方法，其特征在于，所述第二散热模块上安装有所述加热模块，且所述第二散热模块关闭期间，通过对应的加热模块维持所述第二散热模块的温度处于固定范围内。

技术总结本发明提供了一种飞行器散热系统、设计方法及控制方法，其主要包括换热器和散热器。散热器安装于飞行器的表面，并设有第一散热模块和至少一个第二散热模块，第一散热模块为常开状态，并通过汇流结构并联第二散热模块。第二散热模块的表面和/或对应的汇流结构上安装有加热模块；再根据设计结果，控制第一、第二散热模块组合工作。本发明通过飞行器外挂的方式减少占用机体内部空间，并通过散热器各模块组合的方式应对不同工况的需求，从而减少动力单元的要求，也化简了控制系统；结合加热模块的应用，提升系统稳定性，减少故障率。技术研发人员：连红奎,牛彦杰,王毅喆,魏园园,程雪梅,邱亚松,汪辉,唐矗受保护的技术使用者：北京热数科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2