(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110510778.7 (22)申请日 2021.05.11 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113449391 A (43)申请公布日 2021.09.28 (73)专利权人 中国航空工业 集团公司沈阳飞机 设计研究所 地址 110035 辽宁省沈阳市皇姑区塔湾街 40号 (72)发明人 林鹏　赵民　梁兴壮　艾凤明　 李征鸿　王鹤　雷涛　 (74)专利代理 机构 北京航信高科知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11526 专利代理师 高原(51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (56)对比文件 CN 109948197 A,2019.0 6.28 CN 112152200 A,2020.12.2 9 胡添元等.多学 科设计优化在非常规布局飞 机总体设计中的应用. 《航空学报》 .2010,(第01 期), 审查员 张一良 (54)发明名称 一种基于热电耦合的能量优化配置与评估 方法 (57)摘要 本申请属于飞机能量管 理技术领域， 涉及一 种基于热电耦合的能量优化配置与评估方法。 该 方法包括首先针对待优化的系统架构进行多目 标优化， 以预设的顶层设计目标为优化目标， 以 所述系统架构的部件规格及部件 数量为变量， 对 所述系统架构的部件规格及部件 数量进行优化； 之后， 根据各设备自身的可靠性数据， 确定设备 之间的初始连接方式； 最后， 针对初始连接方式， 校验所述系统架构的可靠性， 若不满足系统可靠 性， 则增加系统冗余， 重新进行多目标优化， 确定 系统架构的部件规格及部件数量， 直至系统架构 满足可靠性。 本申请通过建立飞机机电系统多目 标， 多参数的多级优化模型， 形成飞机二次能源 系统架构 优化方法策略， 提高了整个优化过程的 可靠性。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 113449391 B 2022.09.20 CN 113449391 B 1.一种基于热电耦合的能量优化配置与评估方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1、 针对待优化的系统架构进行多目标优化， 以预设的顶层设计目标为优化目标， 以所述系统架构的部件规格及部件数量为变量， 构建所述优化目标与所述系统架构的部件 规格及部件数量之间的关系， 对所述系统架构的部件规格及部件数量进行优化； 步骤S2、 根据各设备自身的可靠性数据， 确定设备之间的初始连接方式； 步骤S3、 针对初始连接方式， 校验所述系统架构的可靠性， 若不满足系 统可靠性， 则增 加系统冗余， 返回步骤S1， 重新进行多目标优化， 确定系统架构的部件规格及部件数量， 直 至系统架构满足可靠性； 其中， 步骤S1中， 所述顶层 设计目标包括但不限于整个飞机机电系统的能耗最小、 总重 量最小或者轴功率 提取最小； 步骤S1中， 包括构建轴功率 提取模型， 构建所述轴功率 提取模型包括： 其中， ξ1为发动机引气机引气折算轴功率系数， Φ1为防冰系统热功率， η1为防冰系统引 气效率， Φ2座舱电子舱热功率， C1为空气比热， ΔT1空气引气温度 ‑座舱温度， ξ2冲压空气折 算系数， ΔT2冲压空气前后的温差， Pel供电系统总功率， PHl液压系统总功率； 优化目标为： 轴功率 提取Pmec最小； 优化参数为： 环控系统座舱引气效率； 供电系统配电系统效率； 供电系统发 电机效率； 液压系统效率； ηqt,G： 发电机散热效率； ηqt,b： 供电系统配电系统散热效率； ηq,t,h： 液压系统散热效率。 2.如权利要求1所述的基于热电耦合的能量优化配置与评估方法， 其特征在于， 步骤S1 中， 所述系统架构包括飞机环控系统、 液压系统和电气系统三部分。 3.如权利要求1所述的基于热电耦合的能量优化配置与评估方法， 其特征在于， 构建轴 功率提取模型时， 约束条件 包括： 液压系统温升限制、 配电系统温升限制、 发电机温升限制。 4.如权利要求1所述的基于热电耦合的能量优化配置与评估方法， 其特征在于， 步骤S1 中， 包括构建重量模型， 构建所述重量模型包括： m＝f(PG,N)×nGE+ξBQBat+me,ad+f(PP,N)×nP+na×ξaVa+mh,ad+f(ΦH)×nH+mc,ad f(PG,N)＝1/4×PG,N f(PP,N)＝1/5×PP,N f(ΦH)＝1/10×ΦH 其中， f(PG,N)表示重量 ‑额定功率转化函数， nGE表示发电机数量， ξB表示电池组的重量 转化函数， me,ad为配电系统重量， f(PP,N)表示液压泵重量 ‑额定功率转化函数， ξa蓄能器体 积‑重量转化系数， mh,ad为液压系统重量， f(ΦH)换热器换热功率 ‑重量转化函数， mc,ad为环 控系统质量； 其中， 优化 目标为系统重量m最小； 优化变量包括： PG,N： 发电机额定功率； nGE： 发电机数 量； QBat： 电池组额定容量； PP,N： 液压泵额定功率； nP： 液压泵数量； Va： 蓄能器有效容积； na： 蓄 能器数量； ΦH： 散热器有效散热容 量； nH： 散热器数量。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113449391 B 25.如权利要求4所述的基于热电耦合的能量优化配置与评估方法， 其特征在于， 构建所 述重量模 型时， 约束 条件包括： 发电机与电池功 率满足供电系统额定功 率； 电池能量满足应 急需求； 发电机功率满足供电系统平均功率需求； 液压泵与蓄能器功率满足液压系统额定 功率； 液压泵功率满足液压系统平均功率需求； 散热器散热功率满足最低散热需求。 6.如权利要求1所述的基于热电耦合的能量优化配置与评估方法， 其特征在于， 步骤S1 中， 包括构建过 载和散热模型模型， 构建所述过 载和散热模型包括： Ppeak＝ξSCCSC+α Va+r(CEρ VEΔT) 其中， ξSC为超级电容功率转化系数， α为蓄能器体积功率转化系数， r为热功率 ‑功率转 化系数， CE为相变材 料相变前的比热， ρ 相变材 料相变前的密度， ΔT为相变材 料相变温差； 其中， 优化目标为补充峰值功率Ppeak最大； 优化变量包 括： CSC： 超级电容有效容量； Va： 蓄 能器有效容积； VE： 相变材料有效体积。 7.如权利要求6所述的基于热电耦合的能量优化配置与评估方法， 其特征在于， 构建所 述过载和散热模型时， 约束条件包括： 超级电容功 率满足供电系统峰值功率； 蓄能器功 率满 足液压系统峰值功率； 相变材 料热储能容 量满足超级电容能量损失； 满足热沉散热能力。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113449391 B 3