直升机余热回收热管理新构型及应用

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32007

Abstract

Abstract:

To address the need for improved energy utilization efficiency in advanced helicopters and the inadequate temperature adaptability of onboard evaporative cycle systems， an Energy Management System （EMS） method based on the coupling of Environmental Control System （ECS） and Lubrication Oil Systems （LOS） is proposed. In cold weather conditions （outside air temperature ≤-5 ℃）， the onboard evaporative cycle system often fails to heat effectively due to incomplete refrigerant evaporation. In hot weather at high altitudes （outside air temperature<20 ℃）， frequent defrosting negatively impacts cabin thermal comfort. Based on the configuration characteristics of helicopter ECS， two new Thermal Management System （TMS） architectures were developed： a single-cooling frost-free system and a wide-temperature-range frost-free system. Laboratory tests and AMESIM simulation analyses showed that the single-cooling frost-free TMS can achieve frost-free cooling throughout the entire flight altitude envelope of the helicopter， while the wide-temperature-range frost-free TMS can provide frost-free cooling and heating across the entire flight altitude and temperature envelope （outside air temperature ≥-40 ℃）. This research allows the ECS to operate independently of engine bleed air， effectively saving engine power， and verifies the feasibility of stepwise utilization technology for waste heat recovery from the LOS， demonstrating significant engineering application value.

Key words: helicopter, energy management, thermal management, environmental control system, lubrication oil system, frost-free, waste heat recovery

CLC Number:

V245.3

Pinggen LUO, Bin LI, Huaji WANG, Xingping LI, Wenqing XIA. New waste heat recovery thermal management configurations and applications for helicopters[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(1): 632007.

Figures/Tables 20

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参数	工况1	工况2
舱外大气温度/℃	10~40	10~40
舱内回风温度/℃	22	22
舱内回风相对湿度/%	85	46
舱内换热风量/（m³·h^-1）	60~600	60~600
压缩机转速/（r·min^-1）	3 500	3 500
舱外换热风量/（m³·h^-1）	3 000	3 000

参数	工况1	工况2
舱外大气温度/℃	22	22
舱内回风温度/℃	22	22
舱内空气相对湿度/%	85	46
舱内换热风量/（m³·h^-1）	600	600
压缩机转速/（r·min^-1）	3 000~3 500	3 000~3 500
舱外换热风量/（m³·h^-1）	3 000	3 000

舱内空气相对湿度	舱外大气温度/℃	舱内换热器芯体壁面温度/℃			制冷量/kW
舱内空气相对湿度	舱外大气温度/℃	实验值	仿真值	误差/%	实验值	仿真值	误差/%
85%	40	7.89	8.52	7.98	5.78	5.51	4.67
	36	7.47	8.09	8.30	5.91	5.63	4.74
	32	7.22	7.66	6.09	6.04	5.75	4.80
	30	7.06	7.44	5.38	6.11	5.81	4.91
	28	6.92	7.22	4.34	6.19	5.86	5.33
	24	6.33	6.75	6.64	6.28	5.96	5.10
	22	6.09	6.51	6.90	6.33	6.01	5.06
	20	6.12	6.26	2.29	6.38	6.04	5.33
	18	5.77	5.98	3.64	6.46	6.24	3.41
	16	5.25	5.47	4.19	6.57	6.36	3.2
46%	40	3.57	3.89	8.96	4.45	4.39	1.35
	36	3.21	3.46	7.79	4.5	4.5	0
	32	3.07	3.02	-1.63	4.52	4.62	-2.21
	30	2.66	2.8	5.26	4.57	4.67	-2.19
	28	2.54	2.57	1.18	4.67	4.72	-1.07
	24	1.94	2.1	8.25	4.96	4.81	3.02
	22	1.76	1.86	5.68	5.08	4.86	4.33
	20	1.47	1.55	5.44	5.21	4.96	4.80
	18	0.97	1.02	5.15	5.38	5.19	3.53
	16	0.35	0.38	8.57	5.52	5.46	2.90

参数	数值
飞行高度/m	0~6 000
舱内回风温度/℃	22
舱内回风相对湿度/%	46
舱内换热风量/（m³·h^-1）	600
压缩机转速/（r·min^-1）	3 500
舱外换热风量/（m³·h^-1）	3 000

舱外大气温度/℃	舱内回风温度/℃	滑油温度/℃	滑油流量/（L·min^-1）	舱内换热风量/（m³·h^-1）	压缩机转速/（r·min^-1）
-40	-40	40	10~20	300~500	3 000~8 000
-40	-40	70	10~20	300~500	3 000~8 000

New waste heat recovery thermal management configurations and applications for helicopters

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