aZholtikov/ats0002
1
0 Fork 0
Code Issues Pull Requests Actions Packages Projects Releases Wiki Activity
Files
main
ats0002/wiki.md
T
aZholtikov 7e3882cd95 doc: added wiki
2026-10-14 08:19:39 +03:00

19 KiB
Raw Permalink Blame History

ATS0002 — Расчёт падения давления воздуха в теплообменнике

ATS0002 — это программа для расчёта падения давления воздуха на теплообменниках аэрокосмического оборудования.

Программа поддерживает 6 моделей теплообменников от Honeywell и Liebherr, обеспечивает ввод параметров воздушного потока и статического давления на входе, автоматическую коррекцию показаний с учётом барометрического давления и температуры, а также оценку результата «пройдено/не пройдено» по допустимому пределу падения давления.

Основные возможности

  1. Поддержка 6 моделей теплообменников — Honeywell CMM 21-50-14, Honeywell Ram CMM 21-52-80, Honeywell NGS CMM 47-32-06, Honeywell NGS Regen CMM 47-32-14, Liebherr Reheater CMM 21-53-89, Liebherr Condenser CMM 21-53-88.
  2. Несколько номеров деталей (P/N) для каждого теплообменника с индивидуальными характеристиками.
  3. Конфигурация воздушных каналов — выбор стороны обдува (охлаждающая, горячая, primary bleed, main bleed и т.д.).
  4. Ввод расхода воздуха и статического давления с валидацией в пределах допустимых диапазонов.
  5. Коррекция давления по барометрическому давлению и температуре воздуха для получения скорректированного значения.
  6. Логарифмическая интерполяция предела падения давления по якорным точкам (anchor points).
  7. Автоматическая оценка «PASSED» или «FAILED» по допустимому пределу.
  8. Поддержка единиц KPA и PSIG — в зависимости от конфигурации теплообменника.
  9. Поддержка запятых как десятичного разделителя — автоматическая нормализация в точку.

Внутреннее устройство

Иерархия структур данных

Данные теплообменников организованы в трёхуровневую иерархию:

Уровень Структура Описание
1 heat_exchanger_data_t Модель теплообменника (описание + массив типов)
2 heat_exchanger_type_data_t Номер детали (P/N) — описание + массив воздушных каналов
3 air_passage_data_t Воздушный канал — описание + якорные точки + лимиты

airflow_to_pressure_anchors_data_t — пара «расход-давление», используемая как якорная точка для интерполяции:

Поле Тип Описание
airflow double Расход воздуха (LB/MIN)
pressure double Соответствующее падение давления (KPA или PSIG)

air_passage_data_t — конфигурация одного воздушного канала:

Поле Тип Описание
air_passage_description const char * Человеко-читаемое описание канала
air_passage_anchors const airflow_to_pressure_anchors_data_t * Указатель на массив якорных точек
anchors_data_size const uint8_t Количество якорных точек
recalculated_required const bool Флаг необходимости коррекции давления
airflow_pressure_unit const airflow_pressure_unit_t Единицы давления (KPA или PSIG)
min_barometric_pressure const double Минимальное барометрическое давление (MBAR)
max_barometric_pressure const double Максимальное барометрическое давление (MBAR)
min_airflow_temperature const double Минимальная температура воздуха (°C)
max_airflow_temperature const double Максимальная температура воздуха (°C)
min_airflow_pressure const double Минимальное давление воздушного потока
max_airflow_pressure const double Максимальное давление воздушного потока

heat_exchanger_type_data_t — конфигурация типа теплообменника (номера деталей):

Поле Тип Описание
part_number_description const char * Описание номера детали
air_passages_data const air_passage_data_t * Указатель на массив конфигураций воздушных каналов
air_passages_data_size const uint8_t Количество воздушных каналов

heat_exchanger_data_t — конфигурация модели теплообменника:

Поле Тип Описание
heat_exchanger_description const char * Описание модели теплообменника
heat_exchanger_type_data const heat_exchanger_type_data_t * Указатель на массив номеров деталей
heat_exchanger_type_data_size const uint8_t Количество номеров деталей

Управление памятью

Все данные теплообменников объявлены как static const и хранятся в сегменте данных исполняемого файла. Динамическое выделение памяти не используется — компонент не требует malloc/free.

Глобальная таблица теплообменников

В файле heat_exchander_airflow_pressure_drop.c определяется массив heat_exchanger_data[] из 6 элементов, связывающий описания моделей с их конфигурационными данными:

Индекс Модель
0 Honeywell Heat Exchanger CMM 21-50-14
1 Honeywell Ram Heat Exchanger CMM 21-52-80
2 Honeywell NGS Heat Exchanger CMM 47-32-06
3 Honeywell NGS Regen Heat Exchanger CMM 47-32-14
4 Liebherr Reheater CMM 21-53-89
5 Liebherr Condenser CMM 21-53-88

API (интерфейс)

Ввод команд

Функция Описание
get_user_command() Ввод команды пользователя: числовой выбор, q/Q для выхода (EXIT), r/R для повтора (REPEAT)

Выбор параметров

Функция Описание
get_heat_exchanger_number() Ввод номера модели теплообменника из доступных вариантов
get_heat_exchanger_part_number() Ввод номера детали (P/N) для выбранной модели
get_heat_exchanger_air_passage_number() Ввод номера воздушного канала для выбранной детали

Ввод физических параметров

Функция Описание
get_airflow() Ввод расхода воздуха (LB/MIN) с валидацией по диапазону якорных точек
get_airflow_pressure() Ввод статического давления на входе (KPA или PSIG) с валидацией по лимитам
get_barometric_pressure() Ввод барометрического давления (MBAR) с валидацией по лимитам
get_airflow_temperature() Ввод температуры воздуха (°C) с валидацией по лимитам

Расчёт

Функция Описание
get_pressure_drop() Расчёт предела падения давления: при необходимости — коррекция давления по барометрии и температуре, затем логарифмическая интерполяция по якорным точкам

Потокобезопасность

Компонент не является потокобезопасным. Программа работает в однопоточном режиме и не использует механизмы синхронизации (мьютексы, критические секции). Все функции работают с глобальным стандартным вводом (stdin) и не содержат разделяемого состояния, кроме static константных данных.

Алгоритмы

Логарифмическая интерполяция предела падения давления

Алгоритм _get_log_interpolated_airflow_pressure_drop_limit() вычисляет допустимое падение давления для заданного расхода воздуха методом линейной интерполяции в логарифмическом пространстве между двумя ближайшими якорными точками:

  • Если расход воздуха меньше или равен первой якорной точке — возвращается давление первой точки.
  • Если расход воздуха больше или равен последней якорной точке — возвращается давление последней точки.
  • Для расхода внутри диапазона:
    • Вычисляются натуральные логарифмы: log_x = log(airflow), log_x1 = log(airflow[i]), log_x2 = log(airflow[i+1]), log_y1 = log(pressure[i]), log_y2 = log(pressure[i+1]).
    • Выполняется линейная интерполяция: log_y = log_y1 + (log_x - log_x1) * (log_y2 - log_y1) / (log_x2 - log_x1).
    • Результат: limit = exp(log_y).

Коррекция давления по плотности

Функция _calculate_density_corrected_pressure() корректирует показание давления с учётом барометрического давления и температуры по формуле:

  1. value_4 = airflow_pressure * 0.5
  2. value_5 = barometric_pressure + value_4
  3. value_6 = airflow_temperature + 273.2 (перевод в Кельвины)
  4. value_7 = (0.28443 * value_5) / value_6
  5. corrected_airflow_pressure = airflow_pressure * value_7

Результат вычисляется в гектопаскалях (HPA). При входе в get_pressure_drop() результат конвертируется обратно в исходные единицы (KPA или PSIG):

  • KPA: деление на 10.0
  • PSIG: умножение на 0.0145038

Примеры использования

Базовый сценарий

#include "ats0002/ats0002.h"
#include "ats0002/21_50_14.h"

// Глобальная таблица теплообменников определяется в main-файле.
// Для демонстрации — прямой вызов функций ввода и расчёта:

int main(void)
{
    setlocale(LC_NUMERIC, "C");

    // 1. Выбор теплообменника (индекс 0 — Honeywell CMM 21-50-14)
    const heat_exchanger_data_t *he = &heat_exchanger_data[0];

    // 2. Выбор номера детали (индекс 0 — 182820-1)
    const heat_exchanger_type_data_t *hetd = &he->heat_exchanger_type_data[0];

    // 3. Выбор воздушного канала (индекс 0 — Cooling Air Side)
    const air_passage_data_t *apd = &hetd->air_passages_data[0];

    // 4. Ввод параметров (в реальном коде — через get_* функции)
    double airflow = 50.0;       // LB/MIN
    double airflow_pressure = 0.33; // KPA

    double barometric_pressure = 1013.25; // MBAR
    double airflow_temperature = 20.0;    // °C

    double pressure_drop_limit = 0.0;
    double corrected_airflow_pressure = 0.0;

    // 5. Расчёт предела падения давления
    get_pressure_drop(&pressure_drop_limit, &airflow, &airflow_pressure,
                      &corrected_airflow_pressure, &barometric_pressure,
                      &airflow_temperature, apd);

    // 6. Оценка результата
    bool passed = corrected_airflow_pressure <= pressure_drop_limit;
    printf("Test result: %s\n", passed ? "PASSED" : "FAILED");

    return 0;
}

Работа с разными единицами (PSIG)

#include "ats0002/ats0002.h"
#include "ats0002/21_50_14.h"

int main(void)
{
    setlocale(LC_NUMERIC, "C");

    const heat_exchanger_data_t *he = &heat_exchanger_data[0];
    const heat_exchanger_type_data_t *hetd = &he->heat_exchanger_type_data[0];

    // Индекс 1 — Bleed Air Side (использует PSIG)
    const air_passage_data_t *apd = &hetd->air_passages_data[1];

    double airflow = 50.0;           // LB/MIN
    double airflow_pressure = 3.05;  // PSIG

    double barometric_pressure = 1013.25; // MBAR
    double airflow_temperature = 20.0;    // °C

    double pressure_drop_limit = 0.0;
    double corrected_airflow_pressure = 0.0;

    get_pressure_drop(&pressure_drop_limit, &airflow, &airflow_pressure,
                      &corrected_airflow_pressure, &barometric_pressure,
                      &airflow_temperature, apd);

    printf("Max allowed: %.2f PSIG\n", pressure_drop_limit);
    printf("Corrected:   %.2f PSIG\n", corrected_airflow_pressure);
    printf("Result:      %s\n",
           corrected_airflow_pressure <= pressure_drop_limit ? "PASSED" : "FAILED");

    return 0;
}

Использование без коррекции (Liebherr Reheater)

#include "ats0002/ats0002.h"
#include "ats0002/21_53_89.h"

int main(void)
{
    setlocale(LC_NUMERIC, "C");

    const heat_exchanger_data_t *he = &heat_exchanger_data[4];
    const heat_exchanger_type_data_t *hetd = &he->heat_exchanger_type_data[0];
    const air_passage_data_t *apd = &hetd->air_passages_data[0];

    // У Liebherr Reheater recalculated_required = false,
    // поэтому коррекция не требуется.
    double airflow = 50.0;           // LB/MIN
    double airflow_pressure = 0.37;  // PSIG (без коррекции)

    double pressure_drop_limit = 0.0;
    double corrected_airflow_pressure = 0.0; // Не используется

    get_pressure_drop(&pressure_drop_limit, &airflow, &airflow_pressure,
                      &corrected_airflow_pressure, NULL, NULL, apd);

    printf("Max allowed: %.2f PSIG\n", pressure_drop_limit);
    printf("Result:      %s\n",
           airflow_pressure <= pressure_drop_limit ? "PASSED" : "FAILED");

    return 0;
}

Логирование

Компонент не использует ESP-IDF логирование. Все сообщения выводятся через стандартную функцию printf в консоль.

Ошибки

Код Описание
EXIT (0xFFFF) Команда выхода из программы — выводит «Goodbye.» и завершает работу
REPEAT (0xFFEE) Команда повтора — возвращается к началу цикла ввода без завершения
-1.0 Внутренний код ошибки интерполяции — возвращается если якорные точки не найдены (не должно происходить при валидных данных)

Ограничения

  1. Однопоточная работа — программа не поддерживает параллельное выполнение и не использует механизмы синхронизации.
  2. Статические данные — все конфигурационные данные теплообменников зашиты в код. Добавление новых моделей требует изменения исходного кода и перекомпиляции.
  3. Текстовый интерфейс — программа работает исключительно через стандартный ввод/вывод (stdin/stdout), графический интерфейс отсутствует.
  4. Жёстко заданные диапазоны — лимиты для барометрического давления (840–1070 MBAR) и температуры (15–35 °C или 15–33 °C) фиксированы в конфигурации.
  5. Экстраполяция не поддерживается — если расход воздуха выходит за пределы якорных точек, возвращается значение первой или последней точки без экстраполяции.
  6. Зависимость от setlocale — для корректной работы с десятичными разделителями необходимо вызов setlocale(LC_NUMERIC, "C").
  7. Максимум 65 535 элементов меню — выбор элементов используется тип uint16_t, что ограничивает количество моделей, деталей и каналов.

Требования для сборки

  • C99 или новее (стандарт C11 рекомендуется)
  • Стандартная библиотека C (stdlib.h, stdio.h, string.h, math.h, locale.h)
  • Компилятор GCC (cross-compile для ESP-IDF) или MSVC (для Windows)
  • Библиотека libm (математическая библиотека, подключается флагом -lm)

Установка

# Клонирование репозитория
git clone https://github.com/aZholtikov/ats0002
cd ats0002

# Сборка
# Для Linux/macOS:
gcc -o ats0002 heat_exchander_airflow_pressure_drop.c \
    ats0002/ats0002.c -lm

# Для Windows (MSVC):
cl heat_exchander_airflow_pressure_drop.c \
   ats0002/ats0002.c

# Запуск
./ats0002

#include "ats0002/ats0002.h"
#include "ats0002/21_50_14.h"
#include "ats0002/21_52_80.h"
#include "ats0002/47_32_06.h"
#include "ats0002/47_32_14.h"
#include "ats0002/21_53_89.h"
#include "ats0002/21_53_88.h"
Reference in new issue View Git Blame Copy Permalink