326 lines
19 KiB
Markdown
326 lines
19 KiB
Markdown
# 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
|
||
|
||
```c
|
||
#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)
|
||
|
||
```c
|
||
#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)
|
||
|
||
```c
|
||
#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
|
||
|
||
```bash
|
||
# 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
|
||
```
|
||
|
||
```c
|
||
#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"
|
||
```
|