Device-oriented modeling and simulation in aircraft energy systems design

Abstract

Airframers realize that global optimization of the entire aircraft is the only remaining way to achieve substantial improvements in the total aircraft package. Therefore, this thesis proposes a methodology for the design of globally optimized aircraft energy systems and implements it for air conditioning and cooling systems. It allows establishing energy-optimal open-loop control concurrently with optimal aircraft energy system architecture. To support this development, the underlying equation-based modeling languages are developed further in two regards. This is the mathematical-numerical formulation of energy state variables bound by flows of matter and the initialization of large diffrential-algebraic equation systems.

Flugzeughersteller erkennen, dass eine globale Optimierung des gesamten Flugzeuges der einzig verbleibende Weg ist, substantielle Verbesserungen zu erreichen. Daher wird in dieser Arbeit eine Methode für den Entwurf global optimierter Flugzeugenergiesysteme entwickelt und für Klima und -kühlsysteme umgesetzt. Sie erlaubt es, gleichzeitig eine optimale Systemarchitektur und eine energieoptimale Steuerung zu entwerfen. Die hierbei eingesetzten gleichungsbasierten Modellierungssprachen werden dazu in zwei Bereichen weiterentwickelt. Dies ist die mathematischnumerische Abbildung von an Stoßströme gebundenen Energiezustandsgrößen und die Initialisierung großer dierential-algebraischer Gleichungssysteme.