Nowa era modelowania termicznego samolotów
Modelica to język obiektowy, który umożliwia modelowanie złożonych systemów fizycznych, takich jak podzespoły mechaniczne i elektryczne. Wykorzystując najnowsze funkcje języka Modelica, uczestnicy projektu TEMPO (Thermal exchange modelling and power optimization) stworzyli bibliotekę, która zawiera skalowalne modele samolotowych systemów klimatyzacji i chłodzenia. W bibliotece Modelica uwzględniono wszystkie istotne aspekty mechaniczne, elektryczne i układów sterowania. Jeśli chodzi o systemy obiegu pary, powietrza i cieczy, nacisk położony został na zaprojektowanie strategii optymalizacji umożliwiającej efektywne modelowanie zależności między systemami. Aktualnie biblioteka ma cztery warstwy, z których każda dotyczy innego etapu procesu projektowania. Pierwsza warstwa składa się z modeli statycznych o niskim stopniu złożoności. Jest ona przeznaczona do zastosowania we wstępnych pracach koncepcyjnych, w ramach których analizuje się różne architektury i określa wymagania dotyczące wydajności komponentów na podstawie wymagań dotyczących wydajności całego systemu. Druga warstwa zawiera bardziej szczegółowe modele statyczne, z dokładniejszymi równaniami termodynamicznymi. Modele komponentów są mapowane w taki sposób, aby wygenerowane dane mogły być zwracane z powrotem do modelu całego systemu. Umożliwia to przewidywanie i weryfikację działania systemu na wczesnym etapie. Inna z warstw zawiera modele dynamiczne z jednowymiarowymi, poddanymi dyskretyzacji komponentami i metodami modelowania opartymi na pierwszych zasadach. Zastosowane metody fizyczne i modułowe pozwoliły na uzyskanie wysoce adaptacyjnych modeli, które można parametryzować w szerokim zakresie, pod kątem szybkiej symulacji lub też wysokiej dokładności termodynamicznej. Czwarta warstwa modeli umożliwia symulację solwerów o ustalonych etapach i jest przeznaczona do szybkich symulacji. Dodatkowym elementem biblioteki jest model kabiny niewielkiego samolotu pasażerskiego z trzema niezależnie kontrolowanymi strefami temperatury: kabiną załogi oraz przednią i tylną kabiną pasażerską. Dynamiczne właściwości termiczne konstrukcji kadłuba modelowane są szczegółowo z uwzględnieniem wielowarstwowych modeli ścian, paneli podłogowych i struktur wewnętrznych. Modelowane są też zjawiska związane z promieniowaniem, zarówno wewnętrznie, jak i zewnętrznie. Prace prowadzone w projekcie TEMPO są wykorzystywane przy budowie systemu kontroli środowiska w ramach inicjatywy System ekologicznych operacji (SGO) w ramach programu Czyste niebo. System ten obejmuje zarówno klimatyzację, jak i zarządzanie obciążeniem termicznymi.
Słowa kluczowe
Samolot, modelowanie termiczne, Modelica, kontrola środowiska, termodynamiczne, system ekologicznych operacji
