本發(fā)明涉及民用飛機(jī)空調(diào)組件艙的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，具體涉及民用飛機(jī)空調(diào)組件艙的冷卻。

背景技術(shù)：

電子設(shè)備冷卻是民用航空關(guān)鍵領(lǐng)域之一，安全性要求非常高。多電技術(shù)的應(yīng)用意味著越來越大的發(fā)熱量，設(shè)備的冷卻也隨之越來越受到關(guān)注。

典型的以空調(diào)組件為例，空調(diào)組件是飛機(jī)最主要的制冷單元，本身發(fā)熱量極大，空調(diào)組件艙的吸熱問題是飛機(jī)亟待解決的。

對(duì)此，現(xiàn)役飛機(jī)主要采用以下幾種方式進(jìn)行處理：第一，支線客機(jī)和窄體干線飛機(jī)多不進(jìn)行特殊處理；第二，部分飛機(jī)使用沖壓空氣作為冷源，采用笛形管進(jìn)行通風(fēng)冷卻；第三，波音787對(duì)部分大功率電子設(shè)備以沖壓空氣為冷源，通過蒸發(fā)制冷和液冷相配合的方式進(jìn)行冷卻；第四，部分飛機(jī)在飛行過程中對(duì)沖壓空氣等冷源進(jìn)行儲(chǔ)存，用統(tǒng)一的混合腔再分配冷卻。

寬體飛機(jī)多為長航程飛機(jī)，如果不能處理好空調(diào)組件通風(fēng)冷卻則組件本身的性能得不到保證，結(jié)構(gòu)安全性亦會(huì)存在很大隱患，甚至A320這樣的窄體短程飛機(jī)也多次出現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)超溫故障。上述第二和第三種處理方法必須將沖壓空氣吸入機(jī)載系統(tǒng)，沖壓空氣是飛機(jī)燃油代償損失的重要來源之一，飛機(jī)沖壓空氣使用量的增加也以為飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性的降低。第四種的冷源空氣的來源一般為沖壓空氣或發(fā)動(dòng)機(jī)低壓引氣，同樣造成飛機(jī)整體燃油代償損失的提高。此外，三種方法都需要額外增加冷卻裝置，不僅增加了重量，而且不便于空調(diào)組件及其艙室的安裝和維修。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種成本更低、效率更高的飛機(jī)空調(diào)組件艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)及冷卻方法。

本發(fā)明基于降低飛機(jī)燃油代償損失和回風(fēng)氣流循環(huán)利用的原則，提出一種民用飛機(jī)空調(diào)組件艙在地面和空中不同狀態(tài)下的通風(fēng)冷卻設(shè)計(jì)方法，同時(shí)采用精細(xì)控制保證冷源氣流被充分利用。具體地在地面狀態(tài)，采用空調(diào)系統(tǒng)或飛機(jī)客艙空氣實(shí)現(xiàn)通風(fēng)冷卻，在空中使用飛機(jī)客艙空氣或通風(fēng)系統(tǒng)自身空氣循環(huán)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)冷卻。在控制方面使用溫度傳感器、活門和風(fēng)扇相配合的方式控制氣流的關(guān)斷和供氣流速，實(shí)現(xiàn)冷能優(yōu)化利用。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種飛機(jī)空調(diào)組件艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，所述通風(fēng)冷卻系統(tǒng)包括：

冷源進(jìn)氣管道，所述冷源進(jìn)氣管道的出口與飛機(jī)空調(diào)組件艙的進(jìn)氣口連接；

自動(dòng)關(guān)斷活門，所述自動(dòng)關(guān)斷活門布置在所述冷源進(jìn)氣管道的入口段上；

進(jìn)氣風(fēng)扇，所述進(jìn)氣風(fēng)扇布置在所述冷源進(jìn)氣管道上并位于所述自動(dòng)關(guān)斷閥門下游；

排氣管道，所述排氣管道的入口與所述飛機(jī)空調(diào)組件艙的排氣口連接；

溫度傳感器，所述溫度傳感器布置于所述排氣管道并用于檢測(cè)所述排氣管道中的排氣溫度；以及

三通活門，所述三通活門的第一端口與所述排氣管道的出口連接，所述三通活門的第二端口經(jīng)由第二進(jìn)氣管道與所述冷源進(jìn)氣管道連接，以及所述三通活門的第三端口與外界環(huán)境連通。

一實(shí)施例中，所述第二進(jìn)氣管道的入口端與所述三通活門的第二端口連接，而所述第二進(jìn)氣管道的出口端與所述冷源進(jìn)氣管道連接的連接點(diǎn)位于所述自動(dòng)關(guān)斷活門與所述進(jìn)氣風(fēng)扇之間。

一實(shí)施例中，所述進(jìn)氣風(fēng)扇為變頻風(fēng)扇。

一實(shí)施例中，所述通風(fēng)冷卻系統(tǒng)還包括控制裝置，所述控制裝置設(shè)置成根據(jù)所述溫度傳感器檢測(cè)到的溫度或者根據(jù)飛機(jī)所處的環(huán)境來控制所述自動(dòng)關(guān)斷活門和所述三通活門的運(yùn)行。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種對(duì)飛機(jī)空調(diào)組件艙進(jìn)行冷卻的方法，所述方法包括以下步驟：

提供一種通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，所述通風(fēng)冷卻系統(tǒng)包括：

冷源進(jìn)氣管道，所述冷源進(jìn)氣管道的出口與飛機(jī)空調(diào)組件艙的進(jìn)氣口連接；

自動(dòng)關(guān)斷活門，所述自動(dòng)關(guān)斷活門布置在所述冷源進(jìn)氣管道的入口段上；

進(jìn)氣風(fēng)扇，所述進(jìn)氣風(fēng)扇布置在所述冷源進(jìn)氣管道上并位于所述自動(dòng)關(guān)斷閥門下游；

排氣管道，所述排氣管道的入口與所述飛機(jī)空調(diào)組件艙的排氣口連接；

溫度傳感器，所述溫度傳感器布置于所述排氣管道并用于檢測(cè)所述排氣管道中的排氣溫度；以及

三通活門，所述三通活門的第一端口與所述排氣管道的出口連接，所述三通活門的第二端口經(jīng)由第二進(jìn)氣管道與所述冷源進(jìn)氣管道連接，以及所述三通活門的第三端口與外界環(huán)境連通；

確認(rèn)飛機(jī)所處位置；以及

根據(jù)飛機(jī)所處位置選擇冷源和采取相應(yīng)的控制策略。

一實(shí)施例中，當(dāng)飛機(jī)處于地面時(shí)，如果飛機(jī)增壓艙的空氣溫度超過預(yù)定值，則使用空調(diào)組件渦輪出口的冷氣作為冷源對(duì)飛機(jī)空調(diào)組件艙進(jìn)行通風(fēng)冷卻。

一實(shí)施例中，當(dāng)飛機(jī)處于地面時(shí)，如果飛機(jī)增壓艙的空氣溫度超過預(yù)定值，則所述自動(dòng)關(guān)斷活門打開，冷源為空調(diào)組件渦輪出口冷氣，所述進(jìn)氣風(fēng)扇和空調(diào)組件運(yùn)行，所述溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，以及所述三通活門打開以排氣。

一實(shí)施例中，當(dāng)飛機(jī)處于地面時(shí)，如果飛機(jī)增壓艙的空氣溫度未超過預(yù)定值，則利用所述自動(dòng)活門，采用抽氣的方式以飛機(jī)增壓艙循環(huán)空氣作為冷源。

一實(shí)施例中，當(dāng)飛機(jī)處于地面時(shí)，如果飛機(jī)增壓艙的空氣溫度未超過預(yù)定值，則所述自動(dòng)關(guān)斷活門打開，冷源為增壓艙被利用過的溫度滿足的空氣，所述進(jìn)氣風(fēng)扇運(yùn)行，所述溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，以及所述三通活門打開以排氣。

一實(shí)施例中，當(dāng)飛機(jī)處于低空狀態(tài)時(shí)，則通過所述自動(dòng)關(guān)斷活門采用抽氣方式以飛機(jī)增壓艙的循環(huán)空氣為冷源對(duì)空調(diào)組件艙進(jìn)行通風(fēng)冷卻。

一實(shí)施例中，當(dāng)飛機(jī)處于低空狀態(tài)時(shí)，所述自動(dòng)關(guān)斷活門打開，冷源為飛機(jī)增壓艙被利用過的溫度滿足的空氣，所述進(jìn)氣風(fēng)扇和空調(diào)組件運(yùn)行，所述溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，以及所述三通活門打開以排氣。

一實(shí)施例中，當(dāng)飛機(jī)處于巡航等高空狀態(tài)時(shí)，通過空氣在通風(fēng)系統(tǒng)中的循環(huán)實(shí)現(xiàn)空調(diào)組件艙的自動(dòng)冷卻。

一實(shí)施例中，當(dāng)飛機(jī)處于巡航等高空狀態(tài)時(shí)，所述自動(dòng)關(guān)斷活門關(guān)閉，所述進(jìn)氣風(fēng)扇運(yùn)行以抽取所述三通活門出來的循環(huán)空氣，所述空調(diào)組件運(yùn)行，所述溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，以及所述三通活門打開以用作空氣在通風(fēng)系統(tǒng)中的循環(huán)并根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)情況在必要時(shí)排出空氣。

本發(fā)明的飛機(jī)空調(diào)組件艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)可在設(shè)計(jì)工況下滿足空調(diào)組件艙通風(fēng)冷卻需求，各工況覆蓋飛行包線，可以完成全階段飛行空調(diào)組件艙的通風(fēng)冷卻。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的飛機(jī)空調(diào)組件艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，以便更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解的是，附圖所示的實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，而只是為了說明本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)精神。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的飛機(jī)空調(diào)組件艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)。如圖1所示，飛機(jī)空調(diào)組件艙1用于容納飛機(jī)空調(diào)組件2。飛機(jī)空調(diào)組件艙1上設(shè)有進(jìn)氣口101和排氣口102。進(jìn)氣口101與冷源進(jìn)氣管道3的出口連接。排氣口102與排氣管道4的入口連接。冷源進(jìn)氣管道3的上游設(shè)有自動(dòng)關(guān)斷活門7。具體地，自動(dòng)關(guān)斷活門7布置在冷源進(jìn)氣管道的入口段301上。自動(dòng)關(guān)斷活門7可選用本領(lǐng)域任何合適的結(jié)構(gòu)和型號(hào)。

冷源進(jìn)氣管道3上在自動(dòng)關(guān)斷活門7的下游布置有進(jìn)氣風(fēng)扇6。較佳地，進(jìn)氣風(fēng)扇6為變頻風(fēng)扇。在不同反饋條件下，可以控制變頻風(fēng)扇6的轉(zhuǎn)速，從而控制不同工況下進(jìn)入艙室的冷空氣流量。

排氣管道4上設(shè)有溫度傳感器8。溫度傳感器8用于檢測(cè)所述排氣管道中的排氣溫度?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)溫度傳感器8所檢測(cè)到的溫度來采取不同的冷卻策略，下文將進(jìn)一步說明。

排氣管道上在溫度傳感器的上游設(shè)有三通活門9。三通活門9的第一端口901與排氣管道的出口連接。三通活門9的第二端口902經(jīng)由第二進(jìn)氣管道5與冷源進(jìn)氣管道3連接。三通活門9的第三端口903與外界環(huán)境連通。具體地，第二進(jìn)氣管道5的入口端與三通活門9的第二端口902連接，而第二進(jìn)氣管道5的出口端與冷源進(jìn)氣管道3連接的連接點(diǎn)位于自動(dòng)關(guān)斷活門7與進(jìn)氣風(fēng)扇6之間。這里三通活門9可選用本領(lǐng)域已知或待開發(fā)的任何合適的三通活門。

上述的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)中，溫度傳感器8、活門7、9以及風(fēng)扇相結(jié)合的方式可控制冷卻氣流的關(guān)斷和大小，實(shí)現(xiàn)冷能的充分利用。在精細(xì)控制下保證滿足冷卻條件的氣流(控制針對(duì)所有冷卻氣流，可以為沖壓空氣、組件渦輪出口提供的冷空氣、其它如貨艙、客艙、駕駛艙等增壓艙滿足冷卻溫度需求的空氣)通過回風(fēng)方式循環(huán)利用，充分實(shí)現(xiàn)冷能的經(jīng)濟(jì)利用。氣流的不間斷循環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)的熱力保護(hù)(典型如飛機(jī)復(fù)合材料機(jī)身的性能)。

以下描述通過上述的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)來對(duì)飛機(jī)空調(diào)組件艙進(jìn)行通風(fēng)冷卻的方法。

一、冷源選擇

1.在地面狀態(tài)

a)地面極熱天，如果增壓艙空氣溫度較高不滿足冷源條件，使用空調(diào)組件渦輪出口冷氣作為冷源對(duì)艙室進(jìn)行通風(fēng)冷卻；

b)地面其它情況，如果增壓艙空氣溫度較低，滿足冷卻條件，利用活門，采用抽氣的方式以增壓艙循環(huán)空氣作為冷源；

2.在飛行狀態(tài)

a)低空狀態(tài)，通過活門控制采用抽氣方式以增壓艙循環(huán)空氣為冷源對(duì)艙室進(jìn)行通風(fēng)冷卻。這里，低空通常指的是海拔低于15000英尺的高度。

b)巡航等高空狀態(tài)，外界溫度足夠低時(shí)，不抽取外界氣體，通過空氣在通風(fēng)系統(tǒng)中的循環(huán)實(shí)現(xiàn)自艙室冷卻(可行性已通過流場(chǎng)和溫度場(chǎng)模擬驗(yàn)證)。這里，高空通常指的是海拔高于15000英尺的高度。

二、控制邏輯

燃油代償損失計(jì)算主要隨重量、發(fā)動(dòng)機(jī)引氣、沖壓空氣和功率四個(gè)變量升高而升高，其中發(fā)動(dòng)機(jī)引氣、沖壓空氣尤為明顯。

使用變頻風(fēng)扇控制不同反饋條件下的轉(zhuǎn)速，從而控制不同工況下進(jìn)入艙室的冷空氣流量；使用管路溫度傳感器反饋排氣溫度；使用自動(dòng)關(guān)斷活門和三通活門優(yōu)化控制氣流。

當(dāng)排氣溫度較低(閾值根據(jù)實(shí)際需要確定)時(shí)，排氣循環(huán)供給，相應(yīng)條件下風(fēng)扇轉(zhuǎn)速減小，供氣源停止或減少供氣。

當(dāng)排氣溫度較高(閾值根據(jù)實(shí)際需要確定)時(shí)，排氣通過三通活門排出，同時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速提高，供氣源供氣增加。

具體地，系統(tǒng)運(yùn)行情況如下：

1.在地面狀態(tài)

c)地面極熱天，如果增壓艙空氣溫度較高不滿足冷源條件，使用空調(diào)組件渦輪出口冷氣作為冷源對(duì)艙室進(jìn)行通風(fēng)冷卻。此時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷活門1打開，冷源為空調(diào)組件渦輪出口冷氣，變頻風(fēng)扇2運(yùn)行并按需決定特定頻率抽氣，空調(diào)組件5運(yùn)行，管路溫度傳感器4實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，三通活門3打開主要用作排氣。

d)地面其它情況，如果增壓艙空氣溫度較低，滿足冷卻條件，利用活門，采用抽氣的方式以增壓艙循環(huán)空氣作為冷源。此時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷活門1打開，冷源為增壓艙被利用過的溫度滿足的空氣，變頻風(fēng)扇2運(yùn)行并按需決定特定頻率抽氣，空調(diào)組件5視其系統(tǒng)本身需要可運(yùn)行可不運(yùn)行，管路溫度傳感器4實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，三通活門3打開主要用作排氣。

2.在飛行狀態(tài)

c)低空狀態(tài)，通過活門控制采用抽氣方式以增壓艙循環(huán)空氣為冷源對(duì)艙室進(jìn)行通風(fēng)冷卻。此時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷活門1打開，冷源為增壓艙被利用過的溫度滿足的空氣，變頻風(fēng)扇2運(yùn)行并按需決定特定頻率抽氣，空調(diào)組件5運(yùn)行滿足飛機(jī)需要，管路溫度傳感器4實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，三通活門3打開主要用作排氣。

d)巡航等高空狀態(tài)，外界溫度足夠低時(shí)，不抽取外界氣體，通過空氣在通風(fēng)系統(tǒng)中的循環(huán)實(shí)現(xiàn)自艙室冷卻(可行性已通過流場(chǎng)和溫度場(chǎng)模擬驗(yàn)證)。此時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷活門1關(guān)閉，無須專門的冷源供給，變頻風(fēng)扇2運(yùn)行并按需決定特定頻率抽氣主要抽取三通活門出來的循環(huán)空氣，空調(diào)組件5運(yùn)行滿足飛機(jī)需要，管路溫度傳感器4實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，三通活門3打開主要用作空氣在通風(fēng)系統(tǒng)中的循環(huán)并根據(jù)4的溫度監(jiān)測(cè)情況必要時(shí)排出空氣。

本發(fā)明的飛機(jī)空調(diào)組件艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)基于降低燃油代償損失和精細(xì)控制的理念，將冷源優(yōu)化選擇和控制邏輯緊密結(jié)合，可在設(shè)計(jì)工況下滿足空調(diào)組件艙通風(fēng)冷卻需求，各工況覆蓋飛行包線，可以完成全階段飛行空調(diào)組件艙的通風(fēng)冷卻。在冷源選擇方面，地面極熱天根據(jù)增壓艙空氣溫度的高低使用空調(diào)組件渦輪出口冷氣或增壓艙循環(huán)空氣作為冷源對(duì)艙室進(jìn)行通風(fēng)冷卻；低空狀態(tài)，通過活門控制采用抽氣方式以增壓艙循環(huán)空氣為冷源對(duì)艙室進(jìn)行通風(fēng)冷卻；高空狀態(tài)外界溫度足夠低時(shí)，不抽取外界氣體，通過空氣在通風(fēng)系統(tǒng)中的循環(huán)實(shí)現(xiàn)自艙室冷卻。在控制邏輯方面，基于空調(diào)艙內(nèi)邊界冷氣隔層保護(hù)措施，提出供氣溫度的精細(xì)化控制方法，充分利用供氣的冷卻能力，從而降低能耗提高經(jīng)濟(jì)性。此外，冷卻組件艙的循環(huán)氣流帶出艙體熱量，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)溫度過低時(shí)還可用于機(jī)體結(jié)構(gòu)供熱，起到保護(hù)機(jī)體結(jié)構(gòu)的作用(對(duì)復(fù)合材料作用尤其明顯)。

以上已詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但應(yīng)理解到，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改。這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。