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FP7

TEMPO — Ergebnis in Kürze

Project ID: 270561
Gefördert unter: FP7-JTI
Land: Deutschland

Neue Ära der thermischen Modellierung bei Flugzeugen

EU-finanzierte Wissenschaftler haben mit Erfolg eine umfassende Modellbibliothek entwickelt, die mehrere physikalische Domänen mit dem Schwerpunkt der Thermofluidmodellierung von Flugzeugstromversorgungssystemen abdeckt.
Neue Ära der thermischen Modellierung bei Flugzeugen
Modelica ist eine objektorientierte Programmiersprache, die den Ingenieuren das Modellieren komplexer physikalischer Systeme einschließlich mechanischer und elektrischer Komponenten ermöglicht. Mit Hilfe der neuesten Funktionen der Modelica-Sprache entwickelte das Projekt TEMPO (Thermal exchange modelling and power optimization) eine Bibliothek, die skalierbare Modelle für Umgebungskontroll- und Kühlsysteme für Flugzeuge unterstützt.

In der Modelica-Bibliothek werden alle relevanten Aspekte in Bezug auf Fluide, Mechanik, Elektrik und Steuerung berücksichtigt. Schwerpunkt war die Berücksichtigung der Dampf-, Luft-, Flüssigkeitskreislauf- und Regelsysteme bei der Gestaltung einer Optimierungsstrategie zur effektiven Modellierung von Systemabhängigkeiten.

Derzeit beinhaltet die Bibliothek vier Schichten, die jeweils für den Einsatz in verschiedenen Phasen des Konstruktionsprozesses konzipiert sind. Die erste Schicht besteht aus statischen Modellen geringer Komplexität. Diese Schicht ist für den Einsatz im frühen konzeptionellen Entwurf bestimmt, wo man derzeit verschiedene Architekturen untersucht und die Komponentenleistung von den Leistungsanforderungen hochrangiger Systeme abgezogen werden muss.

Die zweite Schicht besteht aus detaillierteren statischen Modellen mit noch genaueren thermodynamischen Gleichungen. Komponentenmodelle sind diagrammbasiert, so dass die erzeugten Daten wieder in das Systemmodell zurückgeführt werden können. Somit werden frühe Vorhersagen und die Verifizierung der Systemleistung möglich.

Eine weitere Schicht besteht aus dynamischen Modellen, die eindimensionale diskretisierte Komponenten und Modellierungsansätze nach Grundprinzipien umfassen. Die physikalischen und modulare Ansätze resultierten in sehr anpassungsfähigen Modellen, die über einen breiten Bereich nach schneller Simulation oder hoher thermodynamischer Genauigkeit parametrisiert werden können.

Die vierte Schicht an Modellen unterstützt Simulationen mit Solvern - Lösern - mit fester Schrittweite und ist für schnelle Simulationen konzipiert. Die Bibliothek verfügt ergänzend über ein Kabinenmodell für Single-Aisle-Passagierflugzeuge mit drei unabhängig steuerbaren Temperaturzonen: das Cockpit sowie die vorderen und hinteren Fluggastkabinen. Das dynamische thermische Verhalten der Flugzeugrumpfstruktur wird mit mehrschichtiger Wand, Bodenplatte und inneren Strukturmodellen im Detail modelliert. Abstrahlungswirkungen werden sowohl intern als auch extern modelliert.

Die Arbeit von TEMPO ist für das elektrisch angetriebene Umgebungskontrollsystem von Nutzen, das im Kontext der Komponente System für den umweltfreundlichen Betrieb (System for Green Operations, SGO) der Initiative Clean Sky entwickelt wurde. Das System umfasst sowohl eine Klimaanlage als auch ein Wärmebelastungsmanagement.

Verwandte Informationen

Schlüsselwörter

Luftfahrzeug, Flugzeuge, thermische Modellierung, Modelica, Umgebungskontrolle, thermodynamisch, System für den umweltfreundlichen Betrieb, System for Green Operations
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