Optimization of the electrical power distribution in a modern aircraft
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2015 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10773/18489 |
Resumo: | O desenvolvimento tecnológico dos dispositivos utilizados na indústria aeronáutica, bem como o desejo de proporcionar um vôo mais confortável e agradável, estão em constante progressão. Consequentemente, cada vez mais equipamentos eléctricos, não essenciais para o funcionamento básico da aeronave, estão a ser instalados. Estes podem ser sistemas de entretenimento a bordo, fontes de alimentação para dispositivos portáteis, ou outros. Estes dispositivos são na sua maioria distribuídos pela cabine e pelo porão e têm de ser ligados ao sistema eléctrico da aeronave. De modo a satisfazer as diferentes exigências das companhias aéreas, os fabricantes de aviões possibilitam uma crescente personalização das suas aeronaves, pelo que diferentes combinações de dispositivos podem ser escolhidas para instalação. Redesenhar e optimizar o sistema de distribuição eléctrica para cada avião encomendado seria caro e demorado. Por esse motivo, é utilizado um sistema de distribuição fixo e as ligações dos dispositivos personalizáveis têm de cumprir vários critérios. Os diferentes tipos de equipamentos, tal como a sua variação de consumo energético durante o vôo, tornam difíceis as decisões de ligação feitas manualmente. Por esta razão, nas decisões manuais, o principal objetivo é encontrar um esquema de ligações viável e não necessariamente óptimo. Isto indicia a existência de margem para melhorias. O principal objetivo desta tese é a automatização destas decisões, através da sua optimização de acordo com diferentes objectivos, tais como o balanceamento de potência trifásica e o peso. A modelação do problema é baseada em Programação Linear Inteira Mista e é desenvolvida uma ferramenta de optimização utilizando o MATLAB R . Os resultados para os casos de teste demonstram uma melhoria directa nos parâmetros do sistema, com considerável diminuição do tempo despendido. A maior parte das optimizações são realizadas em alguns minutos, o que pode levar a melhorias substanciais no tempo total de personalização da aeronave. Além disso, os resultados revelam também o potencial destas optimizações para melhorar as futuras arquiteturas do sistema de distribuição eléctrica de cabine e porão. O software final desenvolvido automatiza as decisões de ligação e permite incluir várias especificações, tais como objectivos de optimização (únicos ou múltiplos), optimização de parte ou da totalidade do sistema, entre outros parâmetros. |
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Optimization of the electrical power distribution in a modern aircraftEngenharia eléctrica e telecomunicaçõesPotência eléctricaRedes eléctricasO desenvolvimento tecnológico dos dispositivos utilizados na indústria aeronáutica, bem como o desejo de proporcionar um vôo mais confortável e agradável, estão em constante progressão. Consequentemente, cada vez mais equipamentos eléctricos, não essenciais para o funcionamento básico da aeronave, estão a ser instalados. Estes podem ser sistemas de entretenimento a bordo, fontes de alimentação para dispositivos portáteis, ou outros. Estes dispositivos são na sua maioria distribuídos pela cabine e pelo porão e têm de ser ligados ao sistema eléctrico da aeronave. De modo a satisfazer as diferentes exigências das companhias aéreas, os fabricantes de aviões possibilitam uma crescente personalização das suas aeronaves, pelo que diferentes combinações de dispositivos podem ser escolhidas para instalação. Redesenhar e optimizar o sistema de distribuição eléctrica para cada avião encomendado seria caro e demorado. Por esse motivo, é utilizado um sistema de distribuição fixo e as ligações dos dispositivos personalizáveis têm de cumprir vários critérios. Os diferentes tipos de equipamentos, tal como a sua variação de consumo energético durante o vôo, tornam difíceis as decisões de ligação feitas manualmente. Por esta razão, nas decisões manuais, o principal objetivo é encontrar um esquema de ligações viável e não necessariamente óptimo. Isto indicia a existência de margem para melhorias. O principal objetivo desta tese é a automatização destas decisões, através da sua optimização de acordo com diferentes objectivos, tais como o balanceamento de potência trifásica e o peso. A modelação do problema é baseada em Programação Linear Inteira Mista e é desenvolvida uma ferramenta de optimização utilizando o MATLAB R . Os resultados para os casos de teste demonstram uma melhoria directa nos parâmetros do sistema, com considerável diminuição do tempo despendido. A maior parte das optimizações são realizadas em alguns minutos, o que pode levar a melhorias substanciais no tempo total de personalização da aeronave. Além disso, os resultados revelam também o potencial destas optimizações para melhorar as futuras arquiteturas do sistema de distribuição eléctrica de cabine e porão. O software final desenvolvido automatiza as decisões de ligação e permite incluir várias especificações, tais como objectivos de optimização (únicos ou múltiplos), optimização de parte ou da totalidade do sistema, entre outros parâmetros.The technical progress of devices for the aircraft sector, as well as the desire for a more comfortable and pleasant flight, are constantly increasing. Due to this, more and more electrical equipments, not essential for the basic operation of the aircraft, are installed. These can be in-flight entertainment systems, power supplies to portable electronic devices, among several others. Most of these electrical devices are spread over cabin and cargo and must be connected to the power system of the aircraft. In order to satisfy the different demands of airline companies, aircraft manufacturers allow an increasing customization capability in their aircrafts, and different combinations of devices can be chosen for installation. Redesigning and optimizing the distribution for each specific aircraft order would be expensive and time-consuming. As a result, a fixed system is used and the connections of the customizable devices must then comply with several criteria. The different types of equipments, along with the variation of their power consumption during flight, lead to difficult manual connection decisions. Thus, the main target becomes finding a viable connection scheme and not necessarily an optimal one. This suggests possible margins for improvements. This thesis focuses on the automation of these decisions, by optimizing them according to different objectives, such as three-phase power balance and weight. The modeling of the problem is based on Mixed-Integer Linear Programming and an optimization tool is developed using MATLAB R . The results for the test cases show direct improvements in the system’s parameters with considerably lower time effort. Most of the optimizations are performed within a few minutes and may lead to substantial improvements in the total customization time. Moreover, the results also demonstrate the potential of these optimizations to enhance the future cabin and cargo power system architectures. The final software automates the allocation decisions and includes possible specifications, such as optimization targets (single or multiple), and partial or full system optimization, as well as other parameters.Universidade de Aveiro2017-10-11T10:52:25Z2015-01-01T00:00:00Z2015info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10773/18489engGomes, André Branquinhoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-02-22T11:35:04Zoai:ria.ua.pt:10773/18489Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T02:53:13.336204Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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