Главная / Преобразования, необходимые в исследованиях по тепловому управлению
16.11.2015 |
|
 Исследователи рекомендуют провести изменения в том, как изучать быстро меняющиеся температур в таких сложных системах, как самолеты и электростанций. Подобные преобразования, могут привести к достижениям в различных приложениях, начиная от истребителей до производства энергии.
Исследователи призывают к изменениям, подобным тем, которые преобразовали жанр крупномасштабной интеграции, приведя к беспрецедентным достижениям в вычислительной технике и электронике в последние десятилетия.
По их словам, подобный прогресс произошел именно из-за необходимости создания с нуля инструментов, необходимых для понимания, оптимизации и валидации чрезвычайно сложных динамических систем, в конечном счете создавая наиболее преобразующую промышленность прошлого века.
Центр по комплексному управлению тепловых аэрокосмических аппаратов был создан в 2014 году научно-исследовательской лаборатории ВВС США, и также поддерживается промышленным консорциумом.
Исследователи, работающие в центре, предоставили научно-исследовательскую работу, которая, как они надеются, обеспечит основные элементы для изменения в различных областях, в том числе в аккумулировании тепла, теплообменниках, тепловом управлении, «неопределенности» и количественного моделирования на системном уровне.
В то время как предыдущие исследования были сосредоточены на отдельных компонентах в сложной системе, например, в самолете, исследователи работают над более лучшим управлением теплом, пытаясь изучить то, как именно это происходит во всей системе. Основные проблемы связаны с тем, что системы претерпевают быстрые изменения в тепловых нагрузках, предоставляя высокие требования к охлаждению и уровень неопределенности, которые должны быть лучше поняты. Необходимо новое исследование, чтобы изучить процессы, лежащие в этих меняющихся, или «переходных» событиях нагрева.
Почти все исследования, проведенные по методам охлаждения высокого потока, ожидали их достижения устойчивого состояния. Тем не менее, исследователи действительно сосредоточены на том, что происходит в этом переходном процессе. Будущая работа будет направлена на количественную неопределенность в динамичном случае - например, резкого нагрева, который происходит на покрытии самолета, движущегося со сверхзвуковой скоростью.
Другой пример заключается в том, когда самолет взлетает из аэропорта в жарком климате пустыни. Инновации необходимы для улучшения технологий хранения тепла, предназначенных для поддержания определенного температурного диапазона, чтобы системы функционировали должным образом. Современные материалы необходимы для обработки пиков колебания температуры. Так что исследователи ведут работу по разработке новых тепловых подходов к управлению с наноразмерными углеродными материалами.
Обычно тепловые технологии являются тяжелыми и медлительными. Они могут занять несколько минут, чтобы принять и контролировать тепло. Поэтому исследователям нужны новые технологии хранения тепла, гораздо быстрее, чем те, которые имеются в настоящее время.
Современный самолет является коллекцией сложных и гетерогенных подсистем, включая движение, управления полетом и приведения, экологический контроль и давление, выработка электроэнергии, охлаждение и тепловое управления. Важно понимать, как эти отдельные подсистемы взаимодействуют и участвуют в работе всей системы самолета.
Многие из подсистем требуют определенного диапазона рабочих температур, чтобы эффективно функционировать. Чтобы убедиться в этом в течение всего полета, система управления температурным режимом должны быть интегрированы в архитектуру на системном уровне. Недавний сдвиг привел к концептуальному проектированию посредством использования комплексного моделирования.
Например, различия в подсистемы взаимодействия между самолетами четвертого поколения и пятого поколения являются существенными. Взаимодействия становятся больше и более частыми по количеству и, таким образом, более сложными. В результате этого становится невозможно изолированно исследовать подсистему управления теплом в самолете. Вместо этого, она должен рассматриваться в контексте всех взаимодействий между подсистемами, которые установлены на борту самолета.
Одной из основных целей исследователей является создание интегрированной, сплоченной исследовательской программы с участием нескольких крупных принципов, включая разработку моделей, учитывающих высокие ставки, и высокие объемы передачи тепла.
Высокая скорость передачи тепла необходима для того, чтобы модель была поставлена и динамически реализована. Общие методы проверки на основе моделей, как правило, используют стационарное или квазиустойчивое состояние - подход к разработке модели, который является неадекватным, чтобы захватить важную физику динамического переноса тепла.
Другой важный компонент заключается в том, как неопределенность адаптируется к модели в строгом статистическом образе, чтобы захватить ее величины и источники и определить, как она влияет на различные ответы. Модели должны быть подтверждены экспериментами.
Модель на основе прогнозирования управления должны быть разработаны для того, чтобы управлять высокой скоростью тепловых реакций. Кроме того, оптимизированные анализы позволяют моделировать процесс почти что в режиме реального времени. Все эти основные усилия в настоящее время уже разрабатываются и внедряются для поддержки передовых систем теплового управления для аэрокосмических аппаратов.
|
|
