ECS 系统仿真 - 从系统设计初期开始的架构与性能优化

当前飞机热设计的发展趋势倾向于电子系统集成，这要求更高的热通量密度以及更频繁地使用复合材料主结构。所有这些因素都需要热管理和架构设计来达到适当的鲁棒性，即使在设计初期阶段也是如此。热架构应能够防止对温度敏感的设备损坏风险，并限制飞机系统成本高昂的过度设计。

主要成果

• 找到喷嘴形状的最佳配置，并优化热架构设计

• 提升乘客舒适性

• 将压力损失和噪音水平降至最低

技术挑战

热架构的优化被认为是未来飞机发展的关键因素之一。它需要建立并管理一个复合金字塔形的仿真任务：从设备级到飞机截面级仿真，再到整机热分析。由于需要集成的物理模型多样性以及金字塔各层级中交互的合作伙伴、技术和工具各不相同，采用这种方法会带来诸多困难。莱昂纳多环境控制系统（ECS）部门的这一案例展示了如何通过流程集成与自动化来有效处理涉及的不同设计学科，从而从系统设计初期阶段实现整体性能的优化。

在莱昂纳多的 ECS 设计中，所考虑的系统之一是空调组件和分配系统。从发动机压气机引出的空气在空调组件中进行处理，然后分配到机身各舱段。提高热架构的效率涉及与标准符合性和安全法规相关的多项约束和要求。设计人员必须遵循给定的飞机（A/C）配置，并保持客舱和驾驶室适当的热声隔热水平和温度水平。

技术方案

首先，莱昂纳多的工程师使用 TPM 方法比较了两种备选架构的性能，选择了由地板下管路和低压空气管路组成的并行布局，该布局从混合室供气，并通过一组立管并行分配气流。随后，在 LMS.Amesim 中为所选架构及其子系统构建模型后，在 modeFRONTIER 中建立了用于喷嘴形状优化的工作流程。

"优化平台帮助我们将压力损失和噪音水平降至最低。" —— Gaetano Mirra（莱昂纳多首席技术官，通用系统 - ECS 与防冰专家）

空气从发动机处理器流出，经空调组件处理后进行分配

成果与价值

"modeFRONTIER 的自动化和集成能力使我们能够同时考虑流体动力学和声学分析，并在一个统一环境中轻松处理包括 Catia、StarCCM+ 和 PostPRO 仿真在内的数据流。" Mirra 继续说道，"我们找到了喷嘴形状的最佳配置，并优化了热架构设计，从而在客舱热环境方面进一步提升了乘客舒适性。"

用于喷嘴形状优化的 modeFRONTIER 工作流程

优化后开发的最终产品

莱昂纳多

莱昂纳多是一家全球性企业，作为芬梅卡尼卡航空业务的领导者，不断提升其为全球商用及防务市场设计、建造、集成和支持复杂系统的能力。在与 EADS 的合资企业中，莱昂纳多持有 ATR 的等额股份，后者在支线涡桨飞机市场占据主导地位。莱昂纳多还与俄罗斯苏霍伊公司共同开发和销售 Superjet 100 喷气客机。