飞机环境控制系统并行设计

收稿日期:2002 07 10

基金项目:航空基础科学基金资助项目(03E09003)

作者简介:王晓文(1968-),女,北京人,博士生,wangxwbuaa@.

飞机环境控制系统并行设计

王晓文 王 浚

(北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100083)

摘 要:基于飞机环境控制系统(ECS)的研制,分析了系统设计的结构层次,借助于近年来飞速发展的信息技术、设计技术、仿真技术,提出了基于系统管理 结构设计 系统仿真为一体的面向对象的系统并行设计框架.设计体系贯穿于飞机环境控制系统设计的全生命周期.

关 键 词:环境控制;飞机;并行设计

中图分类号:V 245 3

文献标识码:A 文章编号:1001 5965(2003)12 1073 04

Con cu rren t design of environmen tal control systems for aircraft

Wang Xiao wen Wang Jun

(School of Aeronautics Science and Technology,Beijing Uni versity of Aeronautics and As tronautics,Beijing 100083,China)

Abstract :Based on the development of the environmental control systems for aircraft,the arrangement for the structure of systems design was analyzed.To recur information technology,designing technology,imitating technolo gy,an concurrent engineering frame was proposed based on management structure design imitate.Design system

runs through the whole life of the design period of the environmental c ontrol systems for aircraft.

Key words :environmental c ontrol;airplanes;concurrent engineering

现代企业的设计理念已由过去单纯的针对产品的结构设计发展到今天以并行工程为代表的产品开发的过程重构和组织重组.计算机技术融入了产品开发研究和应用全过程,产品设计正从以往的详细设计阶段向需求分析和概念设计阶段转移,产品信息的管理则向产品的全生命周期扩展[1]

.将这样一个设计理念贯穿于飞机环境控制系统的设计中,涵盖了飞机环控系统的产品结构设计、性能分析、系统仿真、以及系统设计过程中的系统部件分类管理、产品数据管理、流程管理和组织管理等设计行为.

这一设计体系的实现是基于现行信息化软件、仿真软件以及结构设计软件平台基础之上的,构筑了飞机环境控制系统的并行设计框架.该设计框架的建立,涉及环控系统仿真功能模型同CAD 系统的几何模型集成,实现飞机环控系统的产品结构设计和分析过程仿真的集成.同时,结合

热能和环境控制专业,为相关系统如空调制冷系统、机车环控系统、地面环境实验系统以及热动力试验系统等等的设计,探索并行设计模式和系统设计管理方法.

1 飞机环境控制系统设计分析

飞机环境控制系统在现代航空技术的发展中占据日益重要的位置.按照实际飞行包线的外界环境、发动机引气状态和飞机结构、人员及设备实际工作状况,进行飞机环境控制系统及其附件的

综合动态设计(即进行环控系统和其附件的多参数综合动态设计)是今后飞机环控系统的发展方向.围绕系统综合动态设计,要求设计者在设计系统状态时更多的考虑到系统综合因素的影响,产品结构设计与性能分析及仿真之间的沟通.同时,设计流程间的相互衔接,也应是设计体系完整性的一个重要表现[2]

.

2003年12月第29卷第12期北京航空航天大学学报

Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics December 2003Vol.29 No 12

飞机环境控制系统是一个具有多层次、多部件的综合系统,其基本部件组成为:增压和供气设备;加温和制冷设备;调解和控制设备;安全和应急设备;指示和讯号设备等[3]

.

同时,这些部件又构成了飞机环境控制系统中多个相关的子系统,包括:引气系统、空调系统、压力调节系统、控制系统等[3].这些子系统在设计过程中应保持内部间的相互协调,协同设计.

飞机环境控制系统的设计涉及了机械设计、气动热力学、传热学、力学、自动控制、材料学和制造工程等多学科分支.系统设计按设计内容又可划分为:系统总体性能设计和参数分配;部件性能分析和结构设计;系统总体结构设计;控制系统的设计等.

飞机环境控制系统作为飞机的子系统,必须符合航空产品的研制流程.航空产品的研制流程分为立项论证、方案研制、工程研制、设计定型、生产定型、批生产和使用等七个阶段,包含了产品从立项到退役的全过程.这些阶段的划分同时对应归化为现代产品设计的五大阶段,即:概念设计阶段、详细设计阶段、物理样机试制阶段、样机的测试评估阶段和定型生产阶段.

飞机环境控制系统设计的不同层面的划分体现了设计者的任务的着眼点,不同的设计层面之间又是相互关联的.关联关系如图

1.

图1 飞机环控系统设计分析

由图可以分析出飞机环境控制系统的设计应包含两层含义:系统产品的设计和系统设计流程的定制.

在目前的系统产品设计中更多地注重于零件模型和装配模型的分解和研究,而现代设计理念中,产品结构划分不仅强调产品的物理结构,同时,还注重产品功能结构的分解.物理结构和功能结构是产品结构的两个不同内涵的分解方法,两者之间的分解结果又是多对多的关系.构建结构

模型和功能模型之间的联系是为产品的设计和模型库的建立提供模型基础.

飞机环境控制系统由多部件构成多个分系统执行多项功能,共同完成飞机对环境控制系统的要求.其简略的系统功能结构分解和物理结构分解的划分如图2所示.

传统设计过程和并行设计过程的对比见图

3.

图2

飞机环控系统结构功能图

a

传统设计过程

b 并行设计过程

图3 传统设计与并行设计过程对比

1074北京航空航天大学学报 2003年