一种载人航空器的客舱温度控制方法及系统与流程

本发明涉及客舱温度控制领域，特别是涉及一种载人航空器的客舱温度控制方法及系统。

背景技术：

随着社会的发展，长途旅行越来越多人选择飞机这一交通工具，在飞行过程中，客舱温度由机组人员进行控制，如图1所示，现有的温度控制系统由机组人员把送风温度调节到一个固定或选定的数值，在这一系统中，发动机引气101分两路流动：一路经由环控包102被冷却作为冷路，另一路经过可由送风温度控制器110控制的控制阀103作为热路；两路引气在混合腔104中混合，送入客舱106中，机组人员根据实际情况通过温度设定器108对送风温度进行设定，如编号107所示；温度传感器105位于混合腔104之后，用于测量送风温度。送风温度数据从温度传感器105传递至送风温度控制器110，送风温度控制器110根据温度传感器105的测量值和送风温度目标值109决定如何调节控制阀103。通过对控制阀103的调节，改变冷热路混合比，从而改变送风温度，使送风温度达到目标值。

然而在实际飞行中，机组人员对送风温度的设置存在很强的主观性和随意性，机组人员设置的送风温度通常无法使多数乘客对客舱热环境感到满意。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种载人航空器的客舱温度控制方法及系统，以解决乘客对客舱温度环境满意度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种载人航空器的客舱温度控制方法，包括：

获取多点客舱侧壁温度以及多点客舱回风温度；所述客舱侧壁温度由设于客舱侧壁的多个侧壁温度传感器测量得到，所述客舱回风温度由设于所述客舱侧壁的多个回风温度传感器测量得到；

以所述多点客舱侧壁温度以及所述多点客舱回风温度为依据，根据人体热中性温度模型确定理想送风温度；

根据所述理想送风温度调节空调管路中冷热路的混合比，控制客舱温度。

可选的，所述侧壁温度传感器包括6个；

所述侧壁温度传感器在每一侧的侧壁上各设有3个，其中，机窗上方设有2个，机窗下方设有1个。

可选的，所述回风温度传感器包括2个；

所述回风温度传感器设于每一侧的回风口处，且分布在所述回风口的中部。

可选的，所述以所述多点客舱侧壁温度以及所述多点客舱回风温度为依据，根据人体热中性温度模型确定理想送风温度，具体包括:

根据所述多点客舱侧壁温度确定客舱侧壁温度平均值；所述客舱侧壁温度平均值为客舱内的客舱侧壁温度；

根据所述多点客舱回风温度确定回风温度平均值；所述回风温度平均值为所述客舱内的回风温度；

获取始发地室外温度；

根据所述客舱内的客舱侧壁温度、所述客舱内的回风温度、所述始发地室外温度以及所述人体热中性温度模型确定理想送风温度目标函数；

根据所述理想送风温度目标函数确定理想送风温度。

可选的，所述根据所述客舱内的客舱侧壁温度、所述客舱内的回风温度以及所述始发地室外温度确定理想送风温度目标函数，具体包括：

获取关于始发地室外温度的5个温度区间；

根据所述温度区间，确定所述始发地室外温度所归属的温度区间；

根据所述所归属的温度区间确定服装热阻-侧壁温度关系；

根据所述客舱内的客舱侧壁温度确定侧壁温度-送风温度关系；

根据所述服装热阻-侧壁温度关系以及所述侧壁温度-送风温度关系确定边界条件；

根据所述边界条件进行仿真计算，并确定理想送风温度目标函数。

一种载人航空器的客舱温度控制系统，包括：

温度获取模块，用于获取多点客舱侧壁温度以及多点客舱回风温度；所述客舱侧壁温度由设于客舱侧壁的多个侧壁温度传感器测量得到，所述客舱回风温度由设于所述客舱侧壁的多个回风温度传感器测量得到；

理想送风温度确定模块，用于以所述多点客舱侧壁温度以及所述多点客舱回风温度为依据，根据人体热中性温度模型确定理想送风温度；

客舱温度控制模块，用于根据所述理想送风温度调节空调管路中冷热路的混合比，控制客舱温度。

可选的，所述理想送风温度确定模块具体包括:

客舱侧壁温度确定单元，用于根据所述多点客舱侧壁温度确定客舱侧壁温度平均值；所述客舱侧壁温度平均值为客舱内的客舱侧壁温度；

回风温度确定单元，用于根据所述多点客舱回风温度确定回风温度平均值；所述回风温度平均值为所述客舱内的回风温度；

始发地室外温度获取单元，用于获取始发地室外温度；

理想送风温度目标函数确定单元，用于根据所述客舱内的客舱侧壁温度、所述客舱内的回风温度、所述始发地室外温度以及所述人体热中性温度模型确定理想送风温度目标函数；

理想送风温度确定单元，用于根据所述理想送风温度目标函数确定理想送风温度。

可选的，所述理想送风温度目标函数确定单元具体包括：

温度区域获取子单元，用于获取关于始发地室外温度的5个温度区间；

所归属的温度区间确定子单元，用于根据所述温度区间，确定所述始发地室外温度所归属的温度区间；

服装热阻-侧壁温度关系确定子单元，用于根据所述所归属的温度区间确定服装热阻-侧壁温度关系；

侧壁温度-送风温度关系确定子单元，用于根据所述客舱内的客舱侧壁温度确定侧壁温度-送风温度关系；

边界条件确定子单元，用于根据所述服装热阻-侧壁温度关系以及所述侧壁温度-送风温度关系确定边界条件；

理想送风温度目标函数确定子单元，用于根据所述边界条件进行仿真计算，并确定理想送风温度目标函数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：在载客量较大的载人航空器中，动态控温控制策略是根据不同季节的人体热中性温度对客舱温度进行实时调节，从而使得人体周围温度随时保持在舒适温度；但是在高空飞行的机舱内，很难通过在人体周围布置传感器来获取人体周围温度数据，即使能够测量也容易受干扰。因此，本发明提出了一种载人航空器的客舱温度控制方法及系统，根据载人航空器客舱测量的实时客舱侧壁温度以及客舱回风温度，以侧壁温度和回风温度为依据，根据人体热中性温度模型计算热中性温度，并结合客舱热环境仿真模拟确定理想送风温度关于侧壁温度和回风温度的函数关系来控制送风温度，从而对客舱送风温度进行调节，进而实现载人航空器热中性温度控制，提高乘客对环境温度的满意度。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的现有的送风温度控制系统示意图；

图2为本发明所提供的载人航空器的客舱温度控制方法示意图；

图3为本发明所提供的载人航空器的空调管路分配图；

图4为本发明所提供的客舱送风口和回风口位置示意图；

图5为本发明所提供的座舱的温度传感器测点分布图；

图6为本发明所提供的载人航空器的客舱温度控制流程图；

图7为本发明所提供的理想送风温度函数f(twall,tback)建立流程图；

图8为本发明所提供的侧壁温度、人体热中性温度、服装热阻随始发地室外温度变化的曲线图；其中，图8(a)为本发明所提供的人体热中性温度随始发地室外温度的变化曲线图，图8(b)为本发明所提供的服装热阻随始发地室外温度的变化曲线图，图8(c)为本发明所提供的侧壁温度范围随始发地室外温度的变化曲线图，图8(d)为本发明所提供的地板温度随始发地室外温度的变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种载人航空器的客舱温度控制方法及系统，能够提高乘客对环境温度的满意度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图2为本发明所提供的载人航空器的客舱温度控制方法示意图，如图2所示，发动机引气(201)分为热路和冷路，经一系列控制后进入混合腔(204)混合得到所需送风，送入座舱(205)中，包括：侧壁温度传感器(206)，用于测量座舱(205)侧壁温度的实时数据；回风温度传感器(207)，用于测量座舱(205)回风温度的实时数据；侧壁温度数据twall(208)，由侧壁温度传感器(206)所有测点数据取平均值得到，用于计算理想送风温度目标值函数(210)的值；回风温度数据tback(209)，由回风温度传感器(207)所有测点数据取平均值得到，用于计算理想送风温度目标值函数f(twall,tback)(210)的值；所述理想送风温度目标值函数f(twall,tback)(210)，用于计算理想送风温度目标值tcomf的数值(211)；所述理想送风温度目标值tcomf(211)，由理想送风温度目标值函数f(twall,tback)(210)中代入侧壁温度数据twall(208)和回风温度数据tback(209)计算得到，用于改变送风温度控制器(212)的送风温度控制值；所述送风温度控制器(212)，用于根据理想送风温度目标值tcomf(211)对控制阀(203)进行调节，达到所需送风温度；所述控制阀(203)，用于控制作为热路的发动机引气(201)与经过环控包(202)冷却的冷路空气的混合比例；混合腔(204)，用于混合所述发动机引气(201)和所述冷路空气，以达到所需送风温度；送风口(401)，用于将所述混合腔(204)中的空气送入座舱(205)中。

图3为本发明所提供的载人航空器的空调管路分配图，图4为本发明所提供的客舱送风口和回风口位置示意图，如图3-图4所示，座舱温度传感器(306)，包括侧壁温度传感器t1～t6，回风温度传感器t7、t8测量各测点温度数据，用求平均值的方法计算出侧壁温度twall、回风温度tback(307)；根据理想送风温度目标值函数(308)和所述侧壁温度twall、回风温度tback(307)计算出理想送风温度目标值tcomf(309)，用于送风温度控制器(310)对控制阀(311)作出相应的调节；所述送风温度控制器(310)根据理想送风温度目标值tcomf(309)调节所述控制阀(311)的开闭，以改变发动机引气(301)的冷热路混合比；所述发动机引气(301)在空调管路中分冷热两路，热路经过可由所述送风温度控制器(310)调节的控制阀(311)，冷路则被环控包(302)冷却，两路空气在混合腔(304)中混合达到需要的送风温度；所述混合腔(304)中空气通过送风口(401)送入座舱，实现座舱热中性温度控制。

图5为本发明所提供的座舱的温度传感器测点分布图，如图5所示，测量座舱侧壁温度的6个侧壁温度传感器(501)，该6个侧壁温度传感器(501)在每一侧的壁面各有3个，其中机窗上方为2个，机窗下方为1个，6个侧壁温度传感器(501)测量数据的平均值作为座舱侧壁温度twall；测量座舱回风温度的2个回风温度传感器(502)，该2个回风温度传感器(502)在每一侧的回风口各有1个，分布在回风口的中部位置，2个回风温度传感器(502)测量数据的平均值作为座舱回风温度tback。

所述侧壁温度传感器(501)，包括：位于机窗上方的温度传感器t1、t2、t3、t4，其中t1、t2位于右侧侧壁上，t3、t4位于左侧侧壁上，测得数据按顺序记为twall1、twall2、twall3、twall4；位于机窗下方的温度传感器t5、t6，其中t5位于右侧侧壁上，t6位于左侧侧壁上，测得数据按顺序记为twall5、twall6。

所述回风温度传感器(502)，包括：位于座舱回风口中部的温度传感器t7、t8，其中t7位于右侧回风口中部，t8位于左侧回风口中部，测得数据按顺序记为tback1、tback2。

图6为本发明所提供的载人航空器的客舱温度控制流程图，如图6所示，由温度传感器t1～t6(602)测得座舱(601)这6个测点的侧壁温度twall1～twall6(604)，计算其平均值作为侧壁温度数据twall(606)的部分；由温度传感器t7、t8(603)测得座舱(601)这2个测点的回风tback1、tback2(605)，计算其平均值作为回风温度数据tback(607)的部分；根据始发地室外温度(608)选取所需理想送风温度目标值函数tcomf＝f(twall,tback)＝b0+b1twall+b2tback中参数b0，b1，b2的值(609)的部分；根据所得侧壁温度twall(606)、回风温度tback(607)和参数b0，b1，b2的值(609)，计算理想送风温度目标值函数f(twall,tback)(610)，获得理想送风温度目标值tcomf数值(611)的部分；根据所得理想送风温度目标值tcomf数值(611)，送风温度控制器(612)通过改变冷热路混合比(613)来改变送风温度tsup(614)，将送风温度tsup(614)控制在理想送风温度目标值tcomf(611)的部分。

图7为本发明所提供的理想送风温度函数f(twall,tback)建立流程图，如图7所示，采用理想送风温度目标值tcomf关于座舱侧壁温度twall、回风温度tback的函数关系tcomf＝f(twall,tback)来计算理想送风温度目标值tcomf，根据这一目标值控制送风温度，理想送风温度目标值函数tcomf＝f(twall,tback)的表达式是通过载人航空器热环境仿真模拟获得的，其生成过程包括：将始发地室外温度(701)划分为5个区间，分别为(-10,0)，(0,10)，(10,20)，(20,30)，(30,+∞)，并判断其属于哪个区间(702)；根据一种侧壁之外其他壁面温度和服装热阻关于始发地室外温度变化的曲线(703)，确定该区间对应的服装热阻和其他壁面温度数值(704)，用于设置边界条件(709)；由航线登机实测获得的一种不同始发地室外温度下侧壁温度变化范围图(705)，获得该区间下侧壁温度变化范围，并生成5组侧壁温度twall(706)，在每组侧壁温度twall下，选取了5个送风温度tsup，形成了25种用于cfd仿真计算的送风温度tsup和侧壁温度twall工况(708)，用于设置所述边界条件(709)；所述边界条件设置(709)中，根据所述服装热阻和其他壁面温度数值(704)和所述25种仿真工况(708)进行设置，进行25组cfd仿真计算(710)，得到全部工况的25组送风温度tsup和侧壁温度twall对应的人体周围温度tsur、回风温度tback数据(711)；由一种人体热中性温度关于始发地室外温度的曲线图得到该区间的热中性温度，在每一组侧壁温度twall相同的数据中，根据热中性温度确定这组中使人体周围温度tsur为热中性温度的送风温度，即理想送风温度目标值tcomf(712)，并用这种方法处理全部5组数据，得到全部25种工况对应的理想送风温度目标值tcomf(713)；对所述全部工况对应的tcomf(713)关于侧壁温度twall和回风温度tback进行线性回归(714)，得到该始发地室外温度区间下的理想送风温度目标值函数tcomf＝f(twall,tback)＝b0+b1twall+b2tback(715)；用所述线性回归方法(714)求其他4个始发地室外温度区间下的函数tcomf＝f(twall,tback)表达式，得到全部5个始发地室外温度区间下的理想送风温度目标值函数表达式(716)。

根据实际飞行的始发地室外温度，相应的理想送风温度目标值函数及其参数b0、b1、b2分别用于图2中210、图3中308和图6中609。

图8为本发明所提供的侧壁温度、人体热中性温度、服装热阻随始发地室外温度变化的曲线图，具体指出以上函数在生成过程中可能需要的壁面温度、服装热阻和人体热中性温度随始发地室外温度的变化情况。其中图8(a)为本发明所提供的人体热中性温度随始发地室外温度的变化曲线图，图8(b)为本发明所提供的服装热阻随始发地室外温度的变化曲线图，图8(c)为本发明所提供的侧壁温度范围随始发地室外温度的变化曲线图，图8(d)为本发明所提供的地板温度随始发地室外温度的变化曲线图。

与现有的载人航空器典型温度控制系统相比，本发明引入了侧壁温度和回风温度这两个座舱环境参数，以这两个参数为依据，解决了传统载人航空器温度控制系统在送风温度保持不变时，无法保证人体周围温度时刻保持在热中性温度的问题；通过对控制函数的计算，改变送风温度以进行热中性温度控制，解决了载人航空器热中性温度控制中人体周围温度难以测量的问题。

采用本发明所提供的载人航空器的客舱温度控制方法及系统解决了现有送风温度控制系统在机组人员设定的送风温度下，通常无法保证多数乘客对舱内热环境感到满意的问题；还解决了载人航空器热中性温度控制中人体周围温度难以测量的问题；同时，本发明以侧壁温度和回风温度为依据，获取理想送风温度，以进行热中性温度控制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。