CN113175718A - 一种环控***多支路风量的分配方法及环控*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环控***多支路风量的分配方法及环控***，包括计算送风软管的沿程阻力、空调设备的总制冷/热量、总风压、总风量，然后通过构建多支路风量控制***，以满足航空模拟器对于不同区域不同冷量及风量分配的要求。

Description

一种环控***多支路风量的分配方法及环控***
技术领域
本发明属于空调通风领域，具体涉及一种环控***多支路风量的分配方法及环控***。
背景技术
航空全动模拟器是按特定厂家、型号和系列的航空器座舱一比一对应复制的，以飞行员为核心的人—机闭环控制***。主要包括座舱***、视景***、运动***、教员台***、飞行性能仿真***和辅助***（声音***、环控***等）。可以模拟飞机的全包线、任意场景及任意姿态，主要用于飞行员的飞行模拟训练。
航空模拟器环控***主要完成模拟器舱（工程模拟器、训练模拟器等）内的温度调节与送风，满足试验舱设备和运动人员对试验舱内环境温度和空气质量的需求。环控***主要包括：工业级空调设备、送风***、风量分配***、空气净化***、冷凝水收排***。航空模拟器的空间平面约为二三十个平方，一般分为四区域：视景舱、驾驶舱及后房体、投影器台舱和设备柜四个独立的空间，空间内要安装非常多的机载测试设备，正常还有3～6名飞行员或者工程师长时间在这个空间里进行工作，每个独立空间对于出风口的形式，气流分布、气流速度、噪音等都有各自不同的要求，同时对送入舱内的空气提出了不仅仅是温度的需求，更重要的还有空气洁净度的要求。环控***的可靠性是第一位的，而且模拟器要求，环控***正常工作后，模拟器才能启动工作。
目前环控***所存在的问题：
1、现有环控***的舱内风管为了满足远端出风口所需的风压，采用逐步缩径的方式，例如，管道尺寸直径采用分段式布置，由100mm缩减为75mm，并进一步缩减为50mm，这种风管由于尺寸过小，可以满足远端出风口所需的风压，但难以保证远端出风口处的大流量需求。
2、现有的模拟器环控***的舱内送风***采用并联和串联相结合的方式连接各个出风口，在串联连接至远端出风口的过程中，气流逐渐分流，流量逐步减小，在远端出风口处难以达到所需的风量。
3、现有技术中，由于视景成像部分采用软膜成像，因此视景舱对舱内温度无要求，不需要送入冷气进行降温，故而模拟器的环控***在管路设计上采用简单的串联设计，按照常规送风***水利***平衡计算。然而，随着视景技术的发展，视景成像部分现采用硬质反射屏，该反射屏是由几块屏幕加工拼接而成，在一定的温度下才能保证成像质量，使成像质量不因视景舱内温度过高或温度不均匀导致成像扭曲或变形，所以必须通过向舱内输送冷气对舱内温度进行调节，由于视景舱空间大，所需冷气量大，而视景舱区域处于送风***最远端，现有的串联设计进风量小，无法为视景舱提供降温所需的冷气量，难以保证成像质量。
发明内容
本发明提供一种环控***多支路风量的分配方法及环控***，能够解决进风量小，无法为视景舱提供降温所需的冷气量，难以保证成像质量的问题。
为了实现上述技术效果，本发明的技术方案是这样实现的。
本发明实施例的第一方面，提供一种环控***多支路风量的分配方法，包括以下步骤：
S100：首先，根据送风管路的粗糙程度计算出送风管路在不同风量、不同风压、不同形态、不同长度下的沿程阻力；
S300：其次，根据航空模拟器的使用环境、用户需求，以及不同区域空间大小、冷/热负荷的数据，计算出不同区域所需的冷/热量、及环控***空调设备的总制冷\热量；
S400：然后，根据航空模拟器各个区域所需的冷/热量、环控***通风要求的空气刷新次数、风口形式、数量以及风管布局，计算出环控***需要的总风压；
最后，根据各个区域需要的冷/热量和送风软管的沿程阻力计算出空调设备上送风软管接口的数量和尺寸，并根据送风软管的风口数量、风管尺寸确定风量调节阀的尺寸，然后根据风量调节阀安装的位置调节风量调节阀的开度。
在本法提供的实施例中，所述的送风管路包括由内到外依次设有内胶布层、保温层、以及外胶布层，所述送风软管为双螺旋结构，所述双螺旋结构包括设置在所述内胶布层与保温层之间的内螺旋层，和设置在所述外胶布层外侧的外螺旋层；
其中，所述内螺旋层为第一螺旋圆环圆柱形螺旋结构 ，所述外螺旋层为第二螺旋圆环圆柱形螺旋结构。
所述冷/热负荷量Q包括：电子设备的冷负荷量建筑维护结构热负荷量，人体散热量，新风热负荷量。其中：
A、所述电子设备的冷负荷的计算为:
其中，n1为安装系数电子设备设计轴功率与安装功率之比，一般可取0.7~0.9；；n2为负荷功率；电子设备小时的平均实耗功率与设计轴功率之比，根据设备运转的实际情况而定，一般可取0.5~0.8；n3为同时使用系数模拟器工作时所有电子设备出于全部工作状态，故此系数取1；N为电子设备的额定功率。
B、所述建筑维护结构热负荷计算为：
其中，K为建筑维护结构热负荷系数，K取值（200W/m2），
S为外维护结构表面积。
C、所述人体散热量的计算为：
其中，q为不同室温和劳动性质时成年男子散热量，取值134W/人，（室温25℃，轻微活动下）；
n为室内全部人数；
n′为群集系数，取值1。
D、所述新风热负荷量计算为：
其中，C为比热容，空气比热容为1.003kJ/（kg·℃）；
ρ：空气密度，取20℃，1atm的条件下为1.205kg/m³；
△t：温度变化值；
V：空气体积。
本发明实施例的第二个方面，提供一种航空模拟器的环控***，包括空调设备、主送风软管、风量分配箱、多个支送风软管、中效过滤器；所述空调设备通过主送风软管与风量分配箱连接，所述多个支送风软管并联在所述风量分配箱上，所述中效过滤器设置在所述空调设备和主送风软管之间，所述主送风软管和支送风软管外侧均设有保温层。所述风量分配箱上设有多个不同尺寸送风软管接口，所述送风软管接口与支送风软管连接。所述风量分配箱包括：外箱体、内箱体、吸音棉、微孔消音板、外保温层以及风量调节阀；所述风量调节阀通过送风软管结构与送风软管连接。
本发明与现有技术相比，1、环控***采用并联方式，可以满足每个区域的风量要求，不受送风距离远近的影响；
2、整个环控***送风软管及分压箱均采用消音设计，减小送风***气流输送噪音；
3、环控***所有风管均有保温设计，避免在环境温度和送风温度温差过大时产生冷凝水，同时避免了冷量在送风软管中的损耗；
4、***内加入中效过滤器，提高送入舱内的空气质量；
5、使用风量分配的算法，对舱内不同区域的需求进行独立计算，并结合自主设计的风量分配箱，对送入舱内的空气进行合理的分配；
6、风量分配箱采用吸音棉+微孔消音板+外保温的设计，并将风量比例阀集成到风量分配箱内，使风量分配箱具有保温、消音、增加送风距离、体积小、集成度高、可靠性高、各个出风口出风量按比例送出的特点。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术环控***结构示意图。
图2为本发明实施例的环控***结构分布示意图。
图3为本发明实施例环控***的风量分配箱结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，现有技术采用PVC管作为分支风管，有以下弊端：
1、现有环控***的舱内风管为了满足远端出风口所需的风压，采用逐步缩径的方式，例如，管道尺寸直径采用分段式布置，由100mm缩减为75mm，并进一步缩减为50mm，这种风管由于尺寸过小，可以满足远端出风口所需的风压，但难以保证远端出风口处的大流量需求。
2、由于原***为了保证远端风口送风压力的需求，设计上采用了50mm的风管，风管尺偏小，管道内风速达15m/s以上，采用的管道没有消音功能，造成整个***噪音过大，送风软管内产生的噪音，传导至模拟舱内，超过70db；
3、原***PVC风管没有保温功能，当环境温度和管内送风温度超过15度时，会产生冷凝水。模拟舱风管的安装空间内还有很多线缆、传感器、以及计算机等电器设备，冷凝水可能会造成设备的损坏以及电气故障。
本发明提供一种环控***多支路风量的分配方法及环控***，能够解决现有技术中存在不足。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供的一种环控***多支路风量的分配方法及环控***进行详细地说明。
如图2所示，本发明提供一种航空模拟器的环控***，包括空调设备1、主送风软管2、风量分配箱3、多个支送风软管13、中效过滤器；所述空调设备1通过主送风软管2与风量分配箱3连接，所述多个支送风软管13并联在所述风量分配箱3上，所述中效过滤器设置在所述空调设备1和主送风软管2之间，所述主送风软管2和支送风软管13外侧均设有保温层。
所述风量分配箱3上设有多个不同尺寸送风软管接口4，所述送风软管接口4与支送风软管13连接。所述送风软管接口的尺寸根据空调的制冷/热量、风量、风压以及各个区域所需的冷/热量确定。
进一步地，如图3所示，为本发明提供的实施例的一个风量分配箱结构示意图，包括一个与空调设备连接的主管道接口14和10个送风软管接口4（图中仅示出5个，另外5个在另外两侧）。主送风软管2与主管道接口14连接。
可选的，在本发明提供的实施例中，所述风量分配箱包括：外箱体、内箱体、吸音棉、微孔消音板、外保温层以及风量调节阀（图中为示出）；所述风量调节阀通过送风软管结构与送风软管连接。
可以理解，上述的多个支送风软管分别与位于视景舱5中的视景舱出风口9、位于投影仪台舱6中的投影仪台舱出风口10、位于驾驶舱及后房体7中的驾驶舱及后房体出风口11、位于设备舱8中的设备柜出风口12连接。
本发明还提供一种环控***多支路风量的分配方法，包括以下步骤：
S100：首先，根据送风管路的粗糙程度计算出送风管路在不同风量、不同风压、不同形态、不同长度下的沿程阻力；
S300：其次，根据航空模拟器的使用环境、用户需求，以及不同区域空间大小、冷/热负荷的数据，计算出不同区域所需的冷/热量、及环控***空调设备的总制冷\热量；
S400：然后，根据航空模拟器各个区域所需的冷/热量、环控***通风要求的空气刷新次数、风口形式、数量以及风管布局，计算出环控***需要的总风压；
最后，根据各个区域需要的冷/热量和送风软管的沿程阻力计算出空调设备上送风软管接口的数量和尺寸，并根据送风软管的风口数量、风管尺寸确定风量调节阀的尺寸，然后根据风量调节阀安装的位置调节风量调节阀的开度。
所述的送风管路包括由内到外依次设有内胶布层、保温层、以及外胶布层，所述送风软管为双螺旋结构，所述双螺旋结构包括设置在所述内胶布层与保温层之间的内螺旋层，和设置在所述外胶布层外侧的外螺旋层；
其中，所述内螺旋层为第一螺旋圆环圆柱形螺旋结构 ，所述外螺旋层为第二螺旋圆环圆柱形螺旋结构。
所述冷/热负荷量Q包括电子设备的冷负荷量、建筑维护结构热负荷量、人体散热量、新风热负荷量。
进一步地，在本发明提供的实施例中，所述电子设备的冷负荷的计算为:
其中，n1为安装系数；电子设备设计轴功率与安装功率之比，一般可取0.7~0.9；
n2为负荷功率；电子设备小时的平均实耗功率与设计轴功率之比，根据设备运转的实际情况而定，一般可取0.5~0.8；
n3为同时使用系数；房间内电子设备同时使用的安装功率与总功率之比。根据工艺过程的设备使用情况而定，为模拟器工作时所有电子设备出于全部工作状态，故此系数取1；
N为电子设备的额定功率；
进一步地，在本发明提供的实施例中，所述建筑维护结构热负荷计算为：
其中，K为建筑维护结构热负荷系数，本发明提供的实施例采用200W/m2，并且根据不同的环境此数值发生变化，
S为外维护结构表面积。
进一步地，在本发明提供的实施例中，人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度及周围环境条件等多种因素有关。人体散发的潜热量和对流热直接形成瞬时冷负荷，而辐射散发的热量将会形成滞后的冷负荷。实际计算中，人体散热可以以成年男子为基础，成以考虑了各类人员组成比例的系数，称群集系数。所述人体散热量的计算为：
其中，q为不同室温和劳动性质时成年男子散热量，取值为134W/人，（室温25℃，轻微活动下）；
n为室内全部人数；
n′为群集系数，取值1。
进一步地，在本发明提供的实施例中，空调机组中引入舱内新鲜空气是保障良好舱内空气品质的关键。新风由35℃降低到16℃所需要的冷量如下：所述新风热负荷量计算为：
其中，C为空气比热容，本发明实施例中，所述空气比热容采用为1.003kJ/（kg·℃），并且空气的比热容随温度和压力变化而变化；
ρ：空气密度，本发明实施例中，取20℃，1atm的条件下为1.205kg/m³，并且空气密度随温度和压力变化而变化；
△t：温度变化值；
V：空气体积。
根据以上四种热源组成了舱内总热负荷，即
Qt=Q1+Q2+Q3+Q4
根据能量守恒定律可知，计算出模拟座舱内需要多少制冷量。考虑到舱体的保温性，一般按照10%的冗余考虑，可计算出最终冷量需求。
本发明的设计流程为：
1、为保证计算数据的准确，首先测量出环控***采用的不同送风软管的粗糙度，然后计算出送风管路在不同风量、不同风压、不同形态下的沿程阻力；
2、根据模拟器空间大小，按照模拟器空气刷新率要求，确定环控***总风量；
3、根据模拟器使用环境、用户需求，以及不同区域空间大小、冷热负荷的数据，计算出模拟器环控***空调设备的制冷\热量；
4、根据模拟器内的空间布局、内装布置、模拟器工作现场布局的情况，确定环控***送风软管的布局；根据第一步的数据结合每个区域的风口形式、数量以及风管布局（所有风管的尺寸、长度、安装后形态），计算出环控***的总风压；
5、根据3的数据确定***风量分配比例，设计风量分配箱的尺寸，如图3所示；
6、按风量分配比例，制作、调整风量分配比例阀，并安装于风量分配箱内；
7、将设备、主风管、风量分配箱、支风管、风口连接在一起，就完成了能够多支路风量控制的环控***。
实施例
例如：通过某模拟器设计图纸测得舱内总容积为88.2m3，环境最高温度35℃，舱内温度要求为16℃。其中各区域容积：视景舱48m3，投影仪台舱7.8m3，驾驶舱及后房体23.4m3，设备柜9m3，各区域外维护结构表面积：视景舱40.469m2，投影仪台舱2.644m2，驾驶舱及后房体13m2，设备柜3.051m2。
所述冷/热负荷量Q包括电子设备的冷负荷量、建筑维护结构热负荷量、人体散热量、新风热负荷量。
进一步地，在本发明提供的实施例中，所述电子设备的冷负荷的计算为:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，n1为安装系数；电子设备设计轴功率与安装功率之比，一般可取0.7~0.9；
n2为负荷功率；。电子设备小时的平均实耗功率与设计轴功率之比，根据设备运转的实际情况而定，一般可取0.5~0.8；
n3为同时使用系数；房间内电子设备同时使用的安装功率与总功率之比。根据工艺过程的设备使用情况而定；
N为电子设备的额定功率；
驾驶舱及后房体
Figure 89535DEST_PATH_IMAGE002
=1000×0.8×0.7×1.2=672W。
设备柜
Figure 69998DEST_PATH_IMAGE002
=1000×0.8×0.7×1.6=896W。
投影仪台舱
Figure 63362DEST_PATH_IMAGE002
=1000×0.8×0.7×1.4=784W。
以上合计：2.352KW。
进一步地，在本发明提供的实施例中，所述建筑维护结构热负荷计算为：
Figure 880009DEST_PATH_IMAGE003
其中，K为建筑维护结构热负荷系数，本发明提供的实施例采用200W/m2，并且根据不同的环境此数值发生变化，
S为外维护结构表面积。
视景舱40.469m2，投影仪台舱2.644m2，驾驶舱及后房体13m2，设备柜3.05m2。
视景舱
Figure 617020DEST_PATH_IMAGE003
=8.094KW。
投影仪台舱
Figure 953455DEST_PATH_IMAGE003
=0.528KW。
驾驶舱及后房体
Figure 383299DEST_PATH_IMAGE003
=2.6KW。
设备柜
Figure 687242DEST_PATH_IMAGE003
=0.61KW。
以上合计：11.832KW。
进一步地，在本发明提供的实施例中，人体散热与性别、年龄、衣着、劳动强度及周围环境条件等多种因素有关。人体散发的潜热量和对流热直接形成瞬时冷负荷，而辐射散发的热量将会形成滞后的冷负荷。实际计算中，人体散热可以以成年男子为基础，成以考虑了各类人员组成比例的系数，称群集系数。所述人体散热量的计算为：
其中，q为不同室温和劳动性质时成年男子散热量，134W/人，（室温25℃，轻微活动下）；
n为室内全部人数；
n′为群集系数，取值1。
驾驶舱及后房体=134×5=670W。
以上合计：0.67KW。
进一步地，在本发明提供的实施例中，空调机组中引入舱内新鲜空气是保障良好舱内空气品质的关键。新风由35℃降低到16℃所需要的冷量如下：所述新风热负荷量计算为：
其中，C为空气比热容，本发明实施例中，所述空气比热容采用1.003kJ/（kg·℃），并且空气的比热容随温度和压力变化而变化；
ρ：空气密度，本发明实施例中，取20℃，1atm的条件下为1.205kg/m³，并且空气密度随温度和压力变化而变化；
△t：温度变化值；
V：空气体积。
环境最高温度35℃，舱内温度要求为16℃。其中各区域容积：视景舱48m3，投影仪台舱7.8m3，驾驶舱及后房体23.4m3，设备柜9m3；空气刷新率30次/h。
视景舱=1.003×48×30×1.205×19=9.186KW
投影仪台舱=1.003×7.8×30×1.205×19=1.493KW
驾驶舱及后房体=1.003×23.4×30×1.205×19=4.478KW
设备柜=1.003×9×30×1.205×19=1.722KW
合计：16.879KW
根据以上四种热源组成了舱内总热负荷，即
Qt=Q1+Q2+Q3+Q4=31.733KW
根据能量守恒定律可知，计算出模拟座舱内需要多少制冷量。考虑到舱体的保温性，一般按照10%的冗余考虑，可计算出最终冷量需求约为35KW。
各区域容积：视景舱48m3，投影仪台舱7.8m3，驾驶舱及后房体23.4m3，设备柜9m3；空气刷新率30次/h，计算结果取10%风量损耗，计算结果为：
各区域风量：
视景舱48m3×30=1440m3×1.1≈1600m3。
投影仪台舱7.8m3×30=234m3×1.1≈260m3。
驾驶舱及后房体23.4m3×30=702m3×1.1≈780m3。
设备柜9m3×30=234m3×1.1≈300m3。
总风量为：2940m3。
再下一步就可按照设计参数（推荐风管尺寸、风速）和模拟器布局，确定各区域风口数量和风管尺寸，如下表所示：
区域 风口风速范围 单个风口风量范围 风管尺寸规格 风口形式
视景 6~9m/s 200~450m<sup>3</sup>/h 160mm 承重地板风口
投影仪台舱 7~10m/s 100~250m<sup>3</sup>/h 100mm 50~100mm喷口
驾驶舱及后房体 3~5m/s 200~450m<sup>3</sup>/h 160mm 双层百叶可关闭风口
设备柜 5~8m/s 200~450m<sup>3</sup>/h 100mm 50~100mm喷口
然后根据确定的风管尺寸和沿程阻力，计算出***风压；
最后环控***所需制冷功率、风量、风压、各区域风量、各支管能量计算完毕。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种环控***多支路风量的分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：首先，根据送风管路的粗糙程度计算出送风软管在不同风量、不同形态、不同长度下的沿程阻力；
S300：其次，根据航空模拟器的使用环境、用户需求，以及不同区域空间大小、冷/热负荷的数据，计算出不同区域所需的冷/热量、及环控***空调设备的总制冷\热量；
S400：然后，根据航空模拟器各个区域所需的冷/热量、环控***通风要求的空气刷新次数、风口形式、数量以及风管布局，计算出环控***需要的总风压；
S500：最后，根据各个区域需要的冷/热量和送风软管的沿程阻力计算出空调设备上送风软管接口的数量和尺寸，并根据送风软管的风口数量、风管尺寸确定风量调节阀的尺寸，然后根据风量调节阀安装的位置调节风量调节阀的开度。
2.如权利要求1所述的一种环控***多支路风量的分配方法，其特征在于，所述的送风软管包括由内到外依次设有内胶布层、保温层、以及外胶布层；
所述送风软管为双螺旋结构，所述双螺旋结构包括设置在所述内胶布层与保温层之间的内螺旋层，和设置在所述外胶布层外侧的外螺旋层；
其中，所述内螺旋层为第一螺旋圆环圆柱形螺旋结构 ，所述外螺旋层为第二螺旋圆环圆柱形螺旋结构。
3.如权利要求1所述的一种环控***多支路风量的分配方法，其特征在于，所述冷/热负荷量Q包括：电子设备的冷负荷量、建筑维护结构热负荷量、人体散热量、新风热负荷量。
4.如权利要求3所述的一种环控***多支路风量的分配方法，其特征在于，所述电子设备的冷负荷的计算为:
其中，n1为安装系数，即电子设备设计轴功率与安装功率之比；
n2为负荷功率，电子设备小时的平均实耗功率与设计轴功率之比；
n3为同时使用系数；
N为电子设备的额定功率。
5.如权利要求3所述的一种环控***多支路风量的分配方法，其特征在于，所述建筑维护结构热负荷计算为：
其中，K为建筑维护结构热负荷系数；
S为外维护结构表面积。
6.如权利要求3所述的一种环控***多支路风量的分配方法，其特征在于，所述人体散热量的计算为：
其中，q为不同室温和劳动性质时成年男子散热量；
n为室内全部人数；
n′为群集系数。
7.如权利要求3所述的一种环控***多支路风量的分配方法，其特征在于，所述新风热负荷量计算为：
其中，C为空气比热容；
ρ：空气密度；
△t：温度变化值；
V：空气体积。
8.一种航空模拟器的环控***，其特征在于，包括空调设备、主送风软管、风量分配箱、多个支送风软管、中效过滤器；
所述空调设备通过主送风软管与风量分配箱连接，所述多个支送风软管并联在所述风量分配箱上，所述中效过滤器设置在所述空调设备和主送风软管之间，所述主送风软管和支送风软管外侧均设有保温层。
9.如权利要求8所述的一种航空模拟器的环控***，其特征在于：所述风量分配箱上设有多个不同尺寸送风软管接口，所述送风软管接口与支送风软管连接。
10.如权利要求9所述的一种航空模拟器的环控***，其特征在于，所述风量分配箱包括：外箱体、内箱体、吸音棉、微孔消音板、外保温层以及风量调节阀；
所述风量调节阀通过送风软管结构与送风软管连接。
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