南京航空航天大学
毕业设计（论文）开题报告
2014年02月28日
1.结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写1500～2000字左右的文献综述：
一环境控制系统的研究背景
现代飞行器的座舱和设备舱都要进行环境控制，这是为了在飞行时保证旅客和空勤人员正常生活和可靠设备工作而对飞行器所提出的特定要求。飞行器愈向高空高速和宇宙航行方向发展，这种要求就更加迫切。飞行器环境控制的任务是在各种飞行条件下，将舱内空气的压力、温度、湿度、气流速度和洁净度保持在允许范围内或规定值内。
环境控制系统的制冷系统主要有两大类型：蒸发循环制冷和空气循环制冷系统。由于飞机上空气制冷的综合优势，目前航线上和绝大部分作战飞机都采用空气循环制冷系统，主要有简单式、两轮升压式、三轮升压式、四轮升压式四种形式。[7]
飞行器环境控制系统的发展经历了漫长的历程。1903年莱特兄弟制造第一架飞机以后的一段时间里，飞机上所用的都是开敞式座舱，无法进行环境控制。但随着飞机性能的不断改进，乘坐飞机开始面临高空的低温、低气压和缺氧的危险；低空高速以及各种炎热气候条件下对座舱冷却的要求。最开始发展起来的是蒸汽循环制冷系统，20世纪50年代到60年代中期，一些旅客机也相继采用了蒸汽循环系统。但由于此种系统较复杂、质量大、维护性差等缺点，其推广得到了一定抑制。简单式空气循环冷却技术也得到了应用，1944年，美国在P-80战斗机上首次采用了简单式空气循环冷却技术，利用风扇产生的抽风或引射作用冷却热交换器的冷边。由气源来的高温、高压空气预冷后，通过涡轮膨胀作功降温，供给座舱或电子设备舱。简单式空气循环冷却系统结构简单、重量轻、易安装并能在地面停机状态工作。但由于涡轮转速和效率随飞行高度有较大的变化，因此性能不能充分满足低空和高空飞行要求。其多用于早期的飞机上，如：F-101、F-105、F-5E、B-52等。1948年，英国在子爵号旅客机上安装了升压式空气循环制冷系统，较好地解决了“罗茨”型增压器供气压力较低的问题。美英法等国研制出一种具有简单式和升压式两种特点的低压除水三轮式空气循环制冷系统。20世纪80年代初，在波音757、波音767、T-46A等飞机上出现了高压除水除水三轮升压式空气循环制冷系统。[9]
二国内外研究现状与发展状况
目前世界上正在进行研制的新环境控制系统很多，例如：闭式空气循环制冷系统、闭式蒸发循环制冷系统、部分闭式空气循环系统、全电驱动的空气循环制冷系统等。正能装备在旅客机上还需要一定的时间。由于从舒适性的要求，旅客机新鲜空气的供应量需要进一步增大，目前的开式空气循环制冷形式仍具有较大优势。对于战斗机，随着电子设备的迅速增多，耗功急剧增大，对ECS系统的耗能提出了高要求。[7]国内外近期的研究成果如下：
2001年，JoseV.C.Vargas,AdrainBejan提出了对ECS中横流式有肋热交换器的热力学优化方式。此种热交换器为冲压空气安装了一个扩散器和一个喷嘴，并且环境控制系统运用了额外的一个压气机和一个涡轮在模拟电路空气循环系统上运行。最主要的流动组件的几何形状可由包含这种组件的最大的流动组件的三坐标优化机的热力学优化性能推断。此种方法可运用于能量供给受限制的系统。[1]
2001年，JuanCarlosOrdonez,AdrianBejan提出了使飞行器环境控制系统的能量需求减小到最低的方法。此种方法可以实现对飞行器最小能耗的限制并为系统提供最小能耗下的系统特性。他们提出了四种模型，ECS可逆且座舱温度固定的模型，固定座舱温度被分配到舱内固体表面且热敏电阻将座舱空气与固体表面分开的模型，ECS不可逆的循环模型，结合第二及第三种模型的模型。他们都可以实现最初的目标。[2]
2002年，王浚、余建祖、庄达民、林贵平提出，由于蒸发制冷系统在较高使用温度的高能效及在空中使用所遇到的技术问题得到解决，美国F22综合战斗机的ECS中采用了蒸发制冷。[7]
2002年，宋俊、袁修干提出MATLAB在飞机环境控制系统仿真中的应用，将MATLAB应用于军用飞机的环境控制系统动态仿真中。在经过实例验证后，发现仿真结果和实验结果直接的误差很小，
结果可信，且计算时间短，能够被大量应用。[3]
2002年，何君、赵竞全、袁修干对现有的飞机环境控制系统加以改进，提出了高压除水环境控制系统的解耦控制。高压除水环境控制系统是典型的多输入多输出(MIMO)复杂控制系统,各个变量之间存在很强的耦合关系。通过仿真,发现采用输出反馈、静态解耦控制后的环境控制系统能够满足系统设计要求。[4]
2003年，王晓文、王浚提出了飞机环境控制系统基于系统管理-结构设计-系统仿真为一体的面向对象的系统并行设计框架。设计体系贯穿于飞机环境控制系统设计的全生命周期。按照需求-功能-结构-行为诸概念间的关系,这是一种符合飞机环境控制系统工程实际、易于计算机实现的系统并行设计流程控制与管理框架。[5]
2004年，TeresaJ.Leo,IsabelPe′rez-Grande提出了一种商用飞机环境控制系统的优化方案。此种方法主要是通过对双肋横向换热器的几何形状改变来减小系统重量和熵产。通过对整个布雷顿逆循环的两股气流的研究进行优化实验。结果显示，只有同时优化重量和熵产这两个方面的性能，才能得到令人满意的结果。[6]
2006年，方林、王浚提出了旅客机环境控制系统优化方案。以起飞燃油质量代偿损失为目标函数，采用广义乘子法结合单纯形加速法对现役各种旅客机采用的环境控制系统方案进行了优化设计和比较,分别建立了二轮简单式低压除水系统、三轮升压式高压除水系统和四轮升压式高压除水系统的优化设计数学模型。[11]
2006年，邹冰、赵竞全、何君利用MATLAB/SIMULINK仿真平台开发了飞机环境控制系统计算机仿真模型库。利用该模型库可任意构建飞机环控系统仿真模型,完整地仿真我国现行的飞机环境控制系统,并对其进行稳态及动态性能仿真计算。[12]
2009年，GuillaumeGalzin，VincentGomez，ChristophMevenkamp，HansBrunswig在MOET工程中提出了部分闭式的电器空气循环系统。该系统具有发动机的气动调压系统，有更高的灵活性、可操作性，对未来项目性能的提高具有很高潜力，并启用新技术（如燃料电池）等。但是这种系统还有许多缺陷，比如将有电力组件如电机和变频器，须驱动更大的系统重量，必须为动力电子设备附加冷却系统等。[13]
2009年，HongliZhao，YuHou，YongfengZhu，LiangChen，ShuangtaoChen提出了对飞行器环境控制系统性能以及动态响应的实验研究方法。实验分为静态实验和动态实验，分别对系统的主要组件性能进行了研究。发现部分参数会随着实验环境的改变而改变，部分参数在系统启动时变化巨大。
[14]
2010年，李洪波、董新民、李婷婷提出一种以热力学第二定律为基础的熵产分析方法。在给出的设计条件下，通过分析空气在环控系统中的流动过程，得出系统熵产与给定初始条件的函数关系，结合热交换器设计计算过程，得到热交换器热边流动长度、冷边流动长度和度之间比例关系对整个系统熵产的影响，并应用该分析方法对某型飞机环控系统进行了优化计算验证。分析结果对飞机环境控制系统的优化设计具有一定指导作用。[15]
2010年，张兴娟、李峰、杨春信提出了三轮升压式高压除水系统焓参数法性能计算方法。针对传统空气循环制冷系统热力参数匹配计算方法复杂的缺点,引入焓参数法建立了三轮升压式高压除水制冷系统匹配计算模型,从而简化了系统状态点中湿工况点的计算过程。[16]
2011年，Prof.D.V.Mahindru,，MsPriyankaMahendru提出了结合蒸汽循环制冷系统与空气循环制冷系统的方法。结合两者的优点，使飞行器的环境控制系统的性能得到提高。[17]
2013年，LiKe，LiuWangkai，WangJun，HuangYong提出了对于一个大型的多参数环境模拟舱的智能控制方法。用fuzzy-expert控制方法来替代传统的PID控制方法，有利于提高系统性能。
[20]
2013年，陈玮玮，苏向辉提出了多电式环控系统，取消对发动机的引气，所有能耗均来自电能。在对其进行了参数匹配、电动机功率选定及其经济性分析后。结果表明，该系统在特定条件下有利于提高系统经济性。[21]
2013年，李楠、屠毅对三轮高压除水环境控制系统进行了仿真。基于ＦＬＯＷＭＡＳＴＥＲ平台开发了元件模型及系统仿真模型，建立三轮高压除水环境控制系统主要元件的数学模型并对环境控制系统进行了动态仿真分析。计算结果表明了本仿真模型具有较好的精度，这是一种进行湿空气环境控制系统仿真计算很好的途径。[22]
三环境控制系统的研究方法
目前研究环境控制系统的方法有：理论研究和实验研究。理论方法各异,大体上可分为热力学优化、建模、输出反馈&静态解耦控制、优化热交换器以、优化设计数学模型、结合已有技术、利用仿真软件、引入电器系统以及引入新的参数匹配算法的方法。实验研究主要涉及到以下几个部分：动态实验、静态实验、数据分析等。
四环境控制系统设计的问题及难点
经过了近百年的研究，现在环境控制系统的设计始终有许多需要发展及改进的地方。
目前环境控制系统设计的难点主要有以下五个方面:
a)传统的空气循环热力参数匹配由于状态点中湿工况点的计算需要进行多次迭代，程序运行过程中容易出现错误；
b)各状态点的区分以及公式的运用；
c)编程软件的熟练运用；
d)初始参数的设定以及判断结果是否真实；
e)性能代偿损失的计算。
2.毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法：
一本次设计的任务
本次设计的任务为了研究当今国内外先进的环境控制系统，及其设计方案，了解这种环境控制系统的发展状况、优化方案以及存在的优点与不足。并完成一个完整的三轮升压式高压除水系统以及其主要部件的设计。其中包括，原始参数设定，系统运行参数匹配的编程，系统各部件参数计算等。
二三轮升压式高压除水系统原理图及h-s图
图一：系统原理图
图2：系统s-h图
三本次设计的所采用的数学模型
当忽略热交换器阻力且空气在涡轮冷却器中按绝热过程处理时,对应的理想过程的热力过程的h-s图如上。系统的工作原理为:发动机引气(也称系统热路)先经过初级换热器冷却后被压气机压缩成高压高温的气体,再依次流入次级换热器、回热器热边、冷凝器热边和高压水分离器,进一步降低气流温度及分离出水分,最后气流进入涡轮膨胀降温后流经冷凝器的冷边供给座舱。其中初级热交换器和次级热交换器的冷均为风扇驱动的冲压空气(系统冷路)。[16]
参数匹配即为获得设计状态系统工况点（1~15）湿空气的状态参数（如压力、温度、焓与含湿量）来确定系统各附件的性能参数。湿空气通过各个附件所产生的热量交换量或功量交换量都可以描述为状态数焓的关系式。因此，可以建立所有附件的焓参数模型，联立求解，即可获得所有工况点湿空气的焓值。热交换器的焓效率由冷、热边进出口焓值确定。能量守恒关系由流量和冷、热进出口焓值确定。水分离器的进出口焓值不变。涡轮组件的焓参数数学模型则由风扇功率分配比、涡轮轴机械效率以及各相关点焓值确定。在引入计算其他参数的数学模型后，整个系统的数学模型可基本建立。
三数学模型的求解
本次设计将结合张兴娟等人所提出的焓参数法，综合应用文献、书本资料，对系统性能进行匹配计算。根据质量守恒和能量守恒将各附件的功交换和热交换都描述成焓的关系式，则可以建立各状态点的焓参数模型，并对所建立的数学模型在MATLAB或C++环境中进行编程求解。该方法物理概念清晰，针对传统空气循环制冷系统热力参数匹配计算方法复杂的缺点，简化了系统状态点中湿工况点的计算过程，减少迭代次数，使得匹配更加简单。
【参考文献】
[1]JoseV.C.Vargas,AdrainBejan.Termodynamicoptimizationoffinnedcrossflowheatexchangersforaircraftenvironmentalcontrolsystem[J].InternationalJournalofHeatandFluidFlow,2001,22:657-665.
[2]JuanCarlosOrdonez,AdrianBejan.Minimumpowerrequirementforenvironmentalcontrolofaircraft
[J].Energy,2001,8:1183-1202.
[3]宋俊，袁修干.MATLAB在飞机环境控制系统仿真中的应用[J].北京航空航天大学学报,2002,28(1):43-46.
[4]何君，赵竞全，袁修干.高压除水环境控制系统的解耦控制[J].北京航空航天大学学报,2002,28(2):225-227.
[5]杨锋，袁修干.基于Matlab的飞机环境控制系统动态仿真[J].系统仿真学报,2002,14(6):782-795.
[6]IsabelP_erez-Grande,TeresaJ.Leo.Optimizationofacommercialaircraftenvironmentalcontrolsystem
[J].AppliedThermalEngineering,2002,2:1885–1904.
[7]王浚，余建祖，庄达民，林贵平.新兴的人机与环境工程技术科学[J].北京航空航天大学学报,2002,28(5):503-511.
[8]王晓文，王浚.飞机环境控制系统并行设计[J].北京航空航天大学学报,2003,29(12):1073-1076.
[9]寿荣中，何慧珊.飞行器环境控制[M].北京：北京航空航天大学出版社,2004.
[10]TeresaJ.Leo,IsabelPe′rez-Grande.Athermoeconomicanalysisofacommercialaircraftenvironmentalcontrolsystem[J].AppliedThermalEngineering,2005,25:309-325.
[11]方林,王浚.旅客机环境控制系统优化研究[R].中国工程学,2006,8(1).
[12]邹冰,赵竞全,何君.飞机环境控制系统计算机仿真模型库的开发[J].计算机仿真.2006,23(3):19-23.
[13]GuillaumeGalzin,VincentGomez，ChristophMevenkamp,HansBrunswig.ElectricalEnvironmentalControlSystem[Z].theMOETprojectConsortium,2009.
[14]HongliZhao,YuHou,YongfengZhu,LiangChen,ShuangtaoChen.Experimentalstudyontheperformanceofanaircraftenvironmentalcontrolsystem[J].AppliedThermalEngineering.2009,29:3284-3288.
[15]李洪波,董新民,李婷婷.飞机环境控制系统热交换器优化研究[J].仪器仪表学报,2010,31(2):426-430.
[16]张兴娟,李峰,杨春信.三轮升压式高压除水系统焓参数法性能计算[J].航空动力学报,2010,25(9):1938-1941.
[17]Prof.D.V.Mahindru,MsPriyankaMahendru.EnvironmentalControlSystemforMilitary&CivilAircraft[J].GlobalJournalofresearchesinengineering:D,2011,11(5).
[18]WeixingYuan,YunxiangLi,ChenjieWang.ComparisonStudyofMembraneDehumidificationAircrafEnvironmentalControlSystems[J].JournalofAircraft,2012,49(3):815-821.
[19]JanFi_ser,MiroslavJícha.Impactofairdistributionsystemonqualityofventilationinsmallaircraftcabin[J].BuildingandEnvironment,2013,69:171-182.
[20]LiKe,LiuWangkai,WangJun,HuangYong.Anintelligentcontrolmethodforalargemulti-parameterenvironmentalsimulationcabin[J].ChineseJournalofAeronautics,2013,26(6):1360-1369.
[21]陈玮玮,苏向辉.多电式环控系统电动机功率选定及其经济性分析[J].航空动力学报,2013,28(3):714-720.
[22]李楠,屠毅.三轮高压除水环境控制系统仿真[J].计算机测量与控制,2013,21(4):952-954.
[23]王安良,杨春信,胡创利.飞机环境控制系统的焓参数匹配方法[J].工程热物理学报,2003,24(2):
325-327.
指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计（论文）结果的预测）指导教师签字：年月日
系审查意见：
系主任签字：年月日
说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，
此报告应在导师指导下，由学生填写，经导师签署意见及系审查后生效。
南京航空航天大学
毕业设计（论文）开题报告
2014年02月28日
1.结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写1500～2000字左右的文献综述：
一环境控制系统的研究背景
现代飞行器的座舱和设备舱都要进行环境控制，这是为了在飞行时保证旅客和空勤人员正常生活和可靠设备工作而对飞行器所提出的特定要求。飞行器愈向高空高速和宇宙航行方向发展，这种要求就更加迫切。飞行器环境控制的任务是在各种飞行条件下，将舱内空气的压力、温度、湿度、气流速度和洁净度保持在允许范围内或规定值内。
环境控制系统的制冷系统主要有两大类型：蒸发循环制冷和空气循环制冷系统。由于飞机上空气制冷的综合优势，目前航线上和绝大部分作战飞机都采用空气循环制冷系统，主要有简单式、两轮升压式、三轮升压式、四轮升压式四种形式。[7]
飞行器环境控制系统的发展经历了漫长的历程。1903年莱特兄弟制造第一架飞机以后的一段时间里，飞机上所用的都是开敞式座舱，无法进行环境控制。但随着飞机性能的不断改进，乘坐飞机开始面临高空的低温、低气压和缺氧的危险；低空高速以及各种炎热气候条件下对座舱冷却的要求。最开始发展起来的是蒸汽循环制冷系统，20世纪50年代到60年代中期，一些旅客机也相继采用了蒸汽循环系统。但由于此种系统较复杂、质量大、维护性差等缺点，其推广得到了一定抑制。简单式空气循环冷却技术也得到了应用，1944年，美国在P-80战斗机上首次采用了简单式空气循环冷却技术，利用风扇产生的抽风或引射作用冷却热交换器的冷边。由气源来的高温、高压空气预冷后，通过涡轮膨胀作功降温，供给座舱或电子设备舱。简单式空气循环冷却系统结构简单、重量轻、易安装并能在地面停机状态工作。但由于涡轮转速和效率随飞行高度有较大的变化，因此性能不能充分满足低空和高空飞行要求。其多用于早期的飞机上，如：F-101、F-105、F-5E、B-52等。1948年，英国在子爵号旅客机上安装了升压式空气循环制冷系统，较好地解决了“罗茨”型增压器供气压力较低的问题。美英法等国研制出一种具有简单式和升压式两种特点的低压除水三轮式空气循环制冷系统。20世纪80年代初，在波音757、波音767、T-46A等飞机上出现了高压除水除水三轮升压式空气循环制冷系统。[9]
二国内外研究现状与发展状况
目前世界上正在进行研制的新环境控制系统很多，例如：闭式空气循环制冷系统、闭式蒸发循环制冷系统、部分闭式空气循环系统、全电驱动的空气循环制冷系统等。正能装备在旅客机上还需要一定的时间。由于从舒适性的要求，旅客机新鲜空气的供应量需要进一步增大，目前的开式空气循环制冷形式仍具有较大优势。对于战斗机，随着电子设备的迅速增多，耗功急剧增大，对ECS系统的耗能提出了高要求。[7]国内外近期的研究成果如下：
2001年，JoseV.C.Vargas,AdrainBejan提出了对ECS中横流式有肋热交换器的热力学优化方式。此种热交换器为冲压空气安装了一个扩散器和一个喷嘴，并且环境控制系统运用了额外的一个压气机和一个涡轮在模拟电路空气循环系统上运行。最主要的流动组件的几何形状可由包含这种组件的最大的流动组件的三坐标优化机的热力学优化性能推断。此种方法可运用于能量供给受限制的系统。[1]
2001年，JuanCarlosOrdonez,AdrianBejan提出了使飞行器环境控制系统的能量需求减小到最低的方法。此种方法可以实现对飞行器最小能耗的限制并为系统提供最小能耗下的系统特性。他们提出了四种模型，ECS可逆且座舱温度固定的模型，固定座舱温度被分配到舱内固体表面且热敏电阻将座舱空气与固体表面分开的模型，ECS不可逆的循环模型，结合第二及第三种模型的模型。他们都可以实现最初的目标。[2]
2002年，王浚、余建祖、庄达民、林贵平提出，由于蒸发制冷系统在较高使用温度的高能效及在空中使用所遇到的技术问题得到解决，美国F22综合战斗机的ECS中采用了蒸发制冷。[7]
2002年，宋俊、袁修干提出MATLAB在飞机环境控制系统仿真中的应用，将MATLAB应用于军用飞机的环境控制系统动态仿真中。在经过实例验证后，发现仿真结果和实验结果直接的误差很小，
结果可信，且计算时间短，能够被大量应用。[3]
2002年，何君、赵竞全、袁修干对现有的飞机环境控制系统加以改进，提出了高压除水环境控制系统的解耦控制。高压除水环境控制系统是典型的多输入多输出(MIMO)复杂控制系统,各个变量之间存在很强的耦合关系。通过仿真,发现采用输出反馈、静态解耦控制后的环境控制系统能够满足系统设计要求。[4]
2003年，王晓文、王浚提出了飞机环境控制系统基于系统管理-结构设计-系统仿真为一体的面向对象的系统并行设计框架。设计体系贯穿于飞机环境控制系统设计的全生命周期。按照需求-功能-结构-行为诸概念间的关系,这是一种符合飞机环境控制系统工程实际、易于计算机实现的系统并行设计流程控制与管理框架。[5]
2004年，TeresaJ.Leo,IsabelPe′rez-Grande提出了一种商用飞机环境控制系统的优化方案。此种方法主要是通过对双肋横向换热器的几何形状改变来减小系统重量和熵产。通过对整个布雷顿逆循环的两股气流的研究进行优化实验。结果显示，只有同时优化重量和熵产这两个方面的性能，才能得到令人满意的结果。[6]
2006年，方林、王浚提出了旅客机环境控制系统优化方案。以起飞燃油质量代偿损失为目标函数，采用广义乘子法结合单纯形加速法对现役各种旅客机采用的环境控制系统方案进行了优化设计和比较,分别建立了二轮简单式低压除水系统、三轮升压式高压除水系统和四轮升压式高压除水系统的优化设计数学模型。[11]
2006年，邹冰、赵竞全、何君利用MATLAB/SIMULINK仿真平台开发了飞机环境控制系统计算机仿真模型库。利用该模型库可任意构建飞机环控系统仿真模型,完整地仿真我国现行的飞机环境控制系统,并对其进行稳态及动态性能仿真计算。[12]
2009年，GuillaumeGalzin，VincentGomez，ChristophMevenkamp，HansBrunswig在MOET工程中提出了部分闭式的电器空气循环系统。该系统具有发动机的气动调压系统，有更高的灵活性、可操作性，对未来项目性能的提高具有很高潜力，并启用新技术（如燃料电池）等。但是这种系统还有许多缺陷，比如将有电力组件如电机和变频器，须驱动更大的系统重量，必须为动力电子设备附加冷却系统等。[13]
2009年，HongliZhao，YuHou，YongfengZhu，LiangChen，ShuangtaoChen提出了对飞行器环境控制系统性能以及动态响应的实验研究方法。实验分为静态实验和动态实验，分别对系统的主要组件性能进行了研究。发现部分参数会随着实验环境的改变而改变，部分参数在系统启动时变化巨大。
[14]
2010年，李洪波、董新民、李婷婷提出一种以热力学第二定律为基础的熵产分析方法。在给出的设计条件下，通过分析空气在环控系统中的流动过程，得出系统熵产与给定初始条件的函数关系，结合热交换器设计计算过程，得到热交换器热边流动长度、冷边流动长度和度之间比例关系对整个系统熵产的影响，并应用该分析方法对某型飞机环控系统进行了优化计算验证。分析结果对飞机环境控制系统的优化设计具有一定指导作用。[15]
2010年，张兴娟、李峰、杨春信提出了三轮升压式高压除水系统焓参数法性能计算方法。针对传统空气循环制冷系统热力参数匹配计算方法复杂的缺点,引入焓参数法建立了三轮升压式高压除水制冷系统匹配计算模型,从而简化了系统状态点中湿工况点的计算过程。[16]
2011年，Prof.D.V.Mahindru,，MsPriyankaMahendru提出了结合蒸汽循环制冷系统与空气循环制冷系统的方法。结合两者的优点，使飞行器的环境控制系统的性能得到提高。[17]
2013年，LiKe，LiuWangkai，WangJun，HuangYong提出了对于一个大型的多参数环境模拟舱的智能控制方法。用fuzzy-expert控制方法来替代传统的PID控制方法，有利于提高系统性能。
[20]
2013年，陈玮玮，苏向辉提出了多电式环控系统，取消对发动机的引气，所有能耗均来自电能。在对其进行了参数匹配、电动机功率选定及其经济性分析后。结果表明，该系统在特定条件下有利于提高系统经济性。[21]
2013年，李楠、屠毅对三轮高压除水环境控制系统进行了仿真。基于ＦＬＯＷＭＡＳＴＥＲ平台开发了元件模型及系统仿真模型，建立三轮高压除水环境控制系统主要元件的数学模型并对环境控制系统进行了动态仿真分析。计算结果表明了本仿真模型具有较好的精度，这是一种进行湿空气环境控制系统仿真计算很好的途径。[22]
三环境控制系统的研究方法
目前研究环境控制系统的方法有：理论研究和实验研究。理论方法各异,大体上可分为热力学优化、建模、输出反馈&静态解耦控制、优化热交换器以、优化设计数学模型、结合已有技术、利用仿真软件、引入电器系统以及引入新的参数匹配算法的方法。实验研究主要涉及到以下几个部分：动态实验、静态实验、数据分析等。
四环境控制系统设计的问题及难点
经过了近百年的研究，现在环境控制系统的设计始终有许多需要发展及改进的地方。
目前环境控制系统设计的难点主要有以下五个方面:
a)传统的空气循环热力参数匹配由于状态点中湿工况点的计算需要进行多次迭代，程序运行过程中容易出现错误；
b)各状态点的区分以及公式的运用；
c)编程软件的熟练运用；
d)初始参数的设定以及判断结果是否真实；
e)性能代偿损失的计算。
2.毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法：
一本次设计的任务
本次设计的任务为了研究当今国内外先进的环境控制系统，及其设计方案，了解这种环境控制系统的发展状况、优化方案以及存在的优点与不足。并完成一个完整的三轮升压式高压除水系统以及其主要部件的设计。其中包括，原始参数设定，系统运行参数匹配的编程，系统各部件参数计算等。
二三轮升压式高压除水系统原理图及h-s图
图一：系统原理图
图2：系统s-h图
三本次设计的所采用的数学模型
当忽略热交换器阻力且空气在涡轮冷却器中按绝热过程处理时,对应的理想过程的热力过程的h-s图如上。系统的工作原理为:发动机引气(也称系统热路)先经过初级换热器冷却后被压气机压缩成高压高温的气体,再依次流入次级换热器、回热器热边、冷凝器热边和高压水分离器,进一步降低气流温度及分离出水分,最后气流进入涡轮膨胀降温后流经冷凝器的冷边供给座舱。其中初级热交换器和次级热交换器的冷均为风扇驱动的冲压空气(系统冷路)。[16]
参数匹配即为获得设计状态系统工况点（1~15）湿空气的状态参数（如压力、温度、焓与含湿量）来确定系统各附件的性能参数。湿空气通过各个附件所产生的热量交换量或功量交换量都可以描述为状态数焓的关系式。因此，可以建立所有附件的焓参数模型，联立求解，即可获得所有工况点湿空气的焓值。热交换器的焓效率由冷、热边进出口焓值确定。能量守恒关系由流量和冷、热进出口焓值确定。水分离器的进出口焓值不变。涡轮组件的焓参数数学模型则由风扇功率分配比、涡轮轴机械效率以及各相关点焓值确定。在引入计算其他参数的数学模型后，整个系统的数学模型可基本建立。
三数学模型的求解
本次设计将结合张兴娟等人所提出的焓参数法，综合应用文献、书本资料，对系统性能进行匹配计算。根据质量守恒和能量守恒将各附件的功交换和热交换都描述成焓的关系式，则可以建立各状态点的焓参数模型，并对所建立的数学模型在MATLAB或C++环境中进行编程求解。该方法物理概念清晰，针对传统空气循环制冷系统热力参数匹配计算方法复杂的缺点，简化了系统状态点中湿工况点的计算过程，减少迭代次数，使得匹配更加简单。
【参考文献】
[1]JoseV.C.Vargas,AdrainBejan.Termodynamicoptimizationoffinnedcrossflowheatexchangersforaircraftenvironmentalcontrolsystem[J].InternationalJournalofHeatandFluidFlow,2001,22:657-665.
[2]JuanCarlosOrdonez,AdrianBejan.Minimumpowerrequirementforenvironmentalcontrolofaircraft
[J].Energy,2001,8:1183-1202.
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[4]何君，赵竞全，袁修干.高压除水环境控制系统的解耦控制[J].北京航空航天大学学报,2002,28(2):225-227.
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指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计（论文）结果的预测）指导教师签字：年月日
系审查意见：
系主任签字：年月日
说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，
此报告应在导师指导下，由学生填写，经导师签署意见及系审查后生效。