Una nuova era nella modellizzazione termica relativa ai velivoli
Modelica è un linguaggio orientato agli oggetti che consente agli ingegneri di modellizzare sistemi fisici complessi, compresi i componenti meccanici ed elettrici. Utilizzando le ultime caratteristiche del linguaggio Modelica, il progetto TEMPO (Thermal exchange modelling and power optimization) ha sviluppato una libreria che supporta modelli scalabili per il controllo ambientale di aeromobili e sistemi di raffreddamento. Nella Libreria Modelica, rientrano tutti gli aspetti relativi a fluidi, meccanica, parte elettrica e controllo. Considerando vapore, aria, ciclo dei fluidi e sistemi ad anello, l’attenzione è stata posta sulla progettazione di una strategia di ottimizzazione per modellizzare efficacemente le interdipendenze di sistema. Attualmente, la libreria contiene quattro livelli, ognuno progettato per l’uso nelle diverse fasi del processo di progettazione. Il primo livello è costituito da modelli statici di bassa complessità. Tale livello è inteso per l’utilizzo nella progettazione concettuale precoce, dove diverse architetture sono sotto analisi e le prestazioni dei componenti devono essere dedotte dagli elevati requisiti prestazionali del sistema. Il secondo livello è costituito da modelli statici più dettagliati con equazioni termodinamiche più accurate. I modelli dei componenti si basano sulle mappe, in modo tale che i dati generati possano essere reimmessi nel modello del sistema. In questo modo sono possibili previsioni e verifiche precoci delle prestazioni del sistema. Un ulteriore livello è costituito da modelli dinamici che includono componenti 1D discretizzati e approcci modellistici di primo principio. Gli approcci fisici e modulari hanno seguito i risultati relativi ai modelli altamente adattabili, i quali possono essere largamente parametrizzati al fine di ottenere una simulazione rapida o un’alta precisione termodinamica. Il quarto livello di modelli supporta simulazioni con risolutori a passo fisso ed è progettato per le simulazioni veloci. La libreria vanta un modello di cabina per aeromobili a corridoio singolo con tre zone di temperatura controllabili in modo indipendente: cabina di pilotaggio, e cabina passeggeri frontale e di poppa. Il comportamento termico dinamico della struttura della fusoliera è modellizzato nel dettaglio con parete multistrato, pannello piano e modelli di struttura interna. Gli effetti della radiazione sono modellizzati sia internamente che esternamente. Il lavoro del progetto TEMPO è utile per il sistema di controllo ambientale ad azionamento elettrico sviluppato all’interno del contesto relativo al componente System for Green Operations (SGO) dell’iniziativa Clean Sky. Il sistema copre la gestione del carico termico e dell’aria condizionata.
Parole chiave
Aeromobile, modellizzazione termica, Modelica, controllo ambientale, termodinamico, System for Green Operations
