BR102017011081B1

BR102017011081B1 - Avião

Info

Publication number: BR102017011081B1
Application number: BR102017011081-8A
Authority: BR
Inventors: Louis J. Bruno; Harold W. Hipsky
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corporation
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-05-25
Publication date: 2023-12-05
Also published as: EP3248878A1; US10604263B2; EP3248878B1; CA2968740A1; US20170341761A1; CN107444658B; CN107444658A; BR102017011081A2

Abstract

AVIÃO. Um avião é fornecido. O avião inclui um volume pressurizado e um sistema de ar condicionado. O sistema de ar condicionado que inclui um compressor configurado para receber um fluxo de um primeiro meio, uma turbina a jusante do compressor num percurso de fluxo do primeiro meio, uma primeira válvula que desvia o fluxo do primeiro meio em torno da turbina, uma segunda válvula que proporciona um segundo meio à turbina e uma terceira válvula a jusante da turbina que direciona um fluxo de saída da turbina para o volume pressurizado e direciona o fluxo de saída da turbina para fora do volume pressurizado.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Em geral, os sistemas de condicionamento de ar contemporâneos são abastecidos por uma pressão em cruzeiro que é de aproximadamente 30 psig a 35 psig. Hoje, a tendência na indústria aeroespacial é de sistemas com eficiência mais alta. Uma abordagem para melhorar a eficiência do avião é eliminar o ar de sangria totalmente e usar energia elétrica para comprimir o ar externo. Uma segunda abordagem é usar pressão do motor mais baixa. A terceira abordagem é usar a energia no ar de sangria para comprimir o ar externo e trazê-lo para a cabine.

BREVE DESCRIÇÃO

[002] De acordo com uma ou mais modalidades, é fornecido um avião. O avião inclui um volume pressurizado; e um sistema de ar condicionado que compreende: um compressor configurado para receber um fluxo de um primeiro meio, uma turbina a jusante do compressor num percurso de fluxo do primeiro meio, uma primeira válvula configurada para desviar o fluxo do primeiro meio em torno da turbina, uma segunda válvula configurada para proporcionar um segundo meio à turbina e uma terceira válvula a jusante da turbina configurada para dirigir um fluxo de saída da turbina para o volume pressurizado e para dirigir o fluxo de saída da turbina para fora do volume pressurizado.

[003] De acordo com uma ou mais modalidades ou com as modalidades de avião acima, o primeiro meio pode compreender ar fresco.

[004] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de avião acima, o segundo meio pode compreender ar de descarga de cabine.

[005] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o avião pode compreender uma segunda turbina configurada para receber um terceiro meio.

[006] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de avião acima, o terceiro meio pode compreender ar de sangria.

[007] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o primeiro meio pode se misturar com o terceiro meio a jusante da segunda turbina.

[008] De acordo com uma ou mais modalidades, é fornecido um avião. O avião inclui um volume pressurizado; e um sistema de ar condicionado que compreende: um compressor configurado para receber um fluxo de um primeiro meio, uma turbina a jusante do compressor num percurso de fluxo do primeiro meio, uma primeira válvula configurada para desviar o fluxo do primeiro meio em torno da turbina e configurada para proporcionar um segundo meio à turbina e uma segunda válvula a jusante da turbina configurada para dirigir um fluxo de saída da turbina para o volume pressurizado e para dirigir o fluxo de saída da turbina para fora do volume pressurizado.

[009] De acordo com uma ou mais modalidades ou com a modalidade de avião acima, o primeiro meio pode compreender ar fresco.

[0010] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de avião acima, o segundo meio pode compreender ar de descarga de cabine.

[0011] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o avião pode compreender uma segunda turbina configurada para receber um terceiro meio.

[0012] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de avião acima, o terceiro meio pode compreender ar de sangria.

[0013] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades de avião acima, o primeiro meio pode se misturar com o terceiro meio a jusante da segunda turbina.

[0014] De acordo com uma ou mais modalidades, é proporcionado um método para operar uma pluralidade de válvulas de um sistema de ar condicionado para controlar uma pluralidade de fluxos de meios. O método compreende a recepção, por um compressor, de um fluxo de um primeiro meio, em que uma turbina a jusante do compressor num percurso de fluxo do primeiro meio; desviar, por uma primeira válvula da pluralidade de válvulas, o fluxo do primeiro meio em torno da turbina; proporcionar, por uma segunda válvula da pluralidade de válvulas, um segundo meio à turbina; direcionar, por uma terceira válvula da pluralidade de válvulas, um fluxo de saída da turbina para um volume pressurizado quando o sistema de ar condicionado está funcionando num primeiro modo; e direcionar, pela terceira válvula da pluralidade de válvulas, um fluxo de saída da turbina para fora do volume pressurizado quando o sistema de ar condicionado está funcionando num segundo modo.

[0015] De acordo com uma ou mais modalidades ou com a modalidade do método acima, o primeiro meio pode compreender ar fresco.

[0016] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de método acima, o segundo meio pode compreender ar de descarga de cabine.

[0017] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades do método acima, o método pode compreender receber, por uma segunda turbina, um fluxo de um terceiro meio.

[0018] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de método acima, o terceiro meio pode compreender ar de sangria.

[0019] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer das modalidades do método acima, o método pode compreender a mistura do primeiro meio com o terceiro meio a jusante da segunda turbina.

[0020] Características e vantagens adicionais são atingidas por meio de técnicas das modalidades deste documento. Outras modalidades são descritas em detalhes neste documento e são consideradas como parte das reivindicações. Para uma melhor compreensão das modalidades com as vantagens e as características, consultar a descrição e as figuras.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0021] O assunto é particularmente salientado e distintamente reivindicado nas reivindicações na conclusão da especificação. Os precedentes e outras características e vantagens da invenção são evidentes a partir da seguinte descrição detalhada tomada em conjunto com as figuras anexas nas quais: A FIG. 1 é um diagrama de um esquema de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade; FIG. 2 é exemplo de operação de um sistema de controle ambiental que mistura ar fresco com ar de sangria, de acordo com uma modalidade; FIG. 3 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental que mistura ar fresco com ar de sangria, em que o sistema de controle ambiental inclui uma ventoinha acionada por ar de sangria, de acordo com uma modalidade; FIG. 4 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental que mistura ar fresco com ar de sangria, em que o sistema de controle ambiental inclui uma ventoinha acionada eletricamente, de acordo com uma modalidade; FIG. 5 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental que mistura ar fresco com ar de sangria, em que o sistema de controle ambiental inclui uma ventoinha acionada por ar fresco, de acordo com uma modalidade; FIG. 6 é exemplo de operação de um sistema de controle ambiental que mistura ar fresco com ar de sangria, de acordo com uma outra modalidade; FIG. 7 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental que mistura ar fresco com ar de sangria, em que o sistema de controle ambiental inclui uma ventoinha acionada por ar de sangria, de acordo com uma outra modalidade; FIG. 8 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental que mistura ar fresco com ar de sangria, em que o sistema de controle ambiental inclui uma ventoinha acionada eletricamente, de acordo com uma outra modalidade; FIG. 9 é um exemplo de operação de um sistema de controle ambiental que mistura ar fresco com ar de sangria, em que o sistema de controle ambiental inclui uma ventoinha acionada por ar fresco, de acordo com uma outra modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0022] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e do método divulgados são apresentadas neste documento por meio de exemplificação e sem limitação com referência às FIGS.

[0023] As modalidades neste documento proporcionam um sistema de controle ambiental de uma aeronave que mistura meios de diferentes fontes e utiliza as diferentes fontes de energia para alimentar o sistema de controle ambiental e para proporcionar pressurização e arrefecimento na cabine com alta eficiência de queima de combustível. O meio pode ser, de maneira geral, ar, embora outros exemplos incluam gases, líquidos, sólidos fluidizados ou pastas.

[0024] Voltando à FIG. 1, um sistema 100 que recebe um meio de uma entrada 101 e fornece uma forma condicionada do meio para uma câmara 102 é ilustrado. O sistema 100 compreende um dispositivo de compressão 110. Como mostrado, o dispositivo de compressão 110 compreende um compressor 112, uma turbina 113, uma ventoinha 116 e um eixo 118. O sistema 100 compreende também um permutador de calor primário 120, um permutador de calor secundário 130, um condensador 160, um extrator de água 162 e um reaquecedor 164.

[0025] O dispositivo de compressão 110 é um dispositivo mecânico que inclui componentes para realizar trabalho termodinâmico no meio (por exemplo, extrai trabalho de ou trabalha no meio por elevação e/ou redução de pressão e por elevação e/ou redução de temperatura). Exemplos do dispositivo de compressão 110 incluem uma máquina de ciclo de ar, uma máquina de ciclo de ar de três rodas, uma máquina de ciclo de ar de quatro rodas, etc.

[0026] O compressor 112 é um dispositivo mecânico que eleva a pressão do meio recebida da entrada 101. Exemplos de tipos de compressores incluem centrífugos, diagonais ou de fluxo misto, de fluxo axial, alternativos, de pistão de líquido iônico, de parafuso rotativo, de palheta rotativa, de labirinto, de diafragma, de bolha de ar, etc. Além disso, os compressores podem ser acionados por um motor ou pelo meio via turbina 113.

[0027] A turbina 113 é um dispositivo mecânico que aciona o compressor 112 e a ventoinha 116 através do eixo 118. A ventoinha 116 (por exemplo, uma ventoinha de ar de êmbolo) é um dispositivo mecânico que pode forçar via métodos de empurrar ou puxar ar do casco 119 através dos trocadores de calor 120 e 130 a um resfriamento variável para controlar temperaturas. O casco 119 recebe e dirige um meio (tal como ar de impacto (ram air)) através do sistema 100. Em geral, ar de impacto é ar externo utilizado como um dissipador de calor pelo sistema 100.

[0028] Os permutadores de calor 120 e 130 são dispositivos construídos para transferência de calor eficiente de um meio para outro. Exemplos de permutadores de calor incluem permutadores de calor de tubo duplo, invólucro e tubo, placa, placa e invólucro, roda adiabática, aleta de placa, placa tipo almofada (pillow plate) e trocadores de calor de fluido.

[0029] O condensador 160 e o reaquecedor 164 são tipos particulares de permutadores de calor. O extrator de água 162 é um dispositivo mecânico que executa um processo de tirar água do meio. Juntos, o condensador 160, o extrator de água 162 e/ou o reaquecedor 164 podem combinar para ser um separador de água de alta pressão.

[0030] Os elementos do sistema 100 são conectados via válvulas, tubos, canos e semelhantes. Válvulas (por exemplo, dispositivo de regulação de fluxo ou válvula de fluxo de massa) são dispositivos que regulam, direcionam e/ou controlam um fluxo de um meio abrindo, fechando ou obstruindo parcialmente várias passagens dentro dos tubos, canos, etc. do sistema 100. As válvulas podem ser operadas por acionadores, de modo que taxas de fluxo do meio em qualquer porção do sistema 100 possam ser reguladas até um valor desejado.

[0031] Como mostrado na FIG. 1, o meio pode fluir de uma entrada 101 através do sistema 100 para uma câmara 102, como indicado por setas de linhas sólidas. Uma válvula V1 (por exemplo, uma válvula de controle de fluxo de massa) controla o fluxo do meio da entrada 101 para o sistema 100. Além disso, uma válvula V2 controla se o fluxo do meio do trocador de calor secundário 130 desvia do condensador 160 de acordo com um modo do sistema 100. Uma combinação de componentes do sistema 100 pode ser denominada como um pacote de condicionamento de ar ou um pacote. O pacote pode começar em uma válvula V1 e terminar quando ar sai do condensador 162.

[0032] O sistema 100 será agora descrito em vista da modalidade de aeronave acima. Na modalidade de aeronave, o meio pode ser ar e o sistema 100 pode ser um sistema de controle ambiental. O ar fornecido ao sistema de controle ambiental na entrada 101 pode ser considerado ser "sangrado" de um motor de turbina ou de uma unidade de energia auxiliar. Quando o ar está sendo fornecido pelo motor de turbina ou pela unidade de energia auxiliar conectada ao sistema de controle ambiental, tal como da entrada 101, o ar pode ser denominado como ar de sangria (por exemplo, ar pressurizado que vem de um motor ou uma unidade de energia auxiliar). A temperatura, umidade e pressão do ar de sangria variam amplamente dependendo de um estágio do compressor e das revoluções por minuto do motor de turbina.

[0033] Passando agora à Fig. 2, um diagrama esquemático de um sistema de controle ambiental 200 (por exemplo, uma modalidade do sistema 100), como ele pode ser instalado em uma aeronave, onde em operação o sistema de controle ambiental 200 mistura ar fresco com ar de sangria, é descrito de acordo com uma modalidade. Os componentes do sistema 100 que são semelhantes ao sistema de controle ambiental 200 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Componentes alternativos do controle ambiental 200 incluem um dispositivo de compressão 210 (que compreende um compressor 212, uma turbina 213, uma turbina 214 uma ventoinha 116 e um eixo 118), uma entrada 201, uma saída 202, um permutador de calor de válvula de saída 230, um coletor de água 271, um coletor de água 272, juntamente com um percurso para um meio indicado por uma linha traço e ponto F2 (onde o meio pode ser proporcionado a partir da câmara 102 para o sistema de controle ambiental 200).

[0034] Tendo em vista a modalidade de aeronave acima, quando um meio é proporcionado a partir da câmara 102 (por exemplo, o ar deixando um volume pressurizado, a cabine da aeronave ou a cabine de voo da aeronave), o meio pode ser referido como ar de descarga da câmara (também conhecido como ar de descarga da cabine). Notem que em uma ou mais modalidades, uma exaustão do sistema de controle ambiental 200 pode ser liberada para o ar ambiente através do casco 119 ou enviada para a saída 202 (por exemplo, um sistema de controle de pressão de cabine).

[0035] Além disso, quando um meio é fornecido a partir da entrada 201, o meio pode ser referido como ar exterior fresco (também conhecido como ar fresco ou ar exterior destinado a entrar no volume ou câmara 102 pressurizada). O ar fresco exterior pode ser adquirido por um ou mais mecanismos de coleta, tais como uma escavação de impacto ou de descarga. Assim, a entrada 201 pode ser considerada uma entrada de ar fresco.

[0036] Numa operação de baixa altitude do sistema de controle ambiental 200, o ar de alta temperatura e alta pressão do motor de turbina ou da unidade de energia auxiliar através da entrada 101 através da válvula V1 entra no permutador de calor primário 120. O permutador de calor primário 120 arrefece o ar de alta temperatura e pressão para uma temperatura quase ambiente para produzir ar de alta pressão frio. Este ar frio de alta pressão entra no condensador 160, onde é adicionalmente arrefecido por ar das turbinas 213 e 214 do dispositivo de compressão 210. Ao sair do condensador 160, o ar frio pressurizado entra no extrator de água 272, de modo que a umidade no ar é removida.

[0037] O ar frio de alta pressão entra na turbina 213 através de um bocal. O ar de alta pressão frio é expandido através da turbina 213 e extraído com trabalho do ar de alta pressão frio. Este trabalho extraído aciona o compressor 212 utilizado para comprimir o ar exterior fresco. Este trabalho extraído também aciona a ventoinha 216, que é utilizado para mover ar através do permutador de calor primário 120 e o permutador de calor secundário 130 (também conhecido como permutadores de calor de ar de impacto).

[0038] O ato de comprimir o ar exterior fresco aquece o ar exterior fresco. O ar exterior fresco comprimido entra no permutador de calor da válvula de saída 230 e é arrefecido pelo ar de descarga da câmara para produzir ar fresco exterior comprimido arrefecido. O ar exterior fresco comprimido arrefecido entra então no permutador de calor secundário 130 e é adicionalmente arrefecido até quase a temperatura ambiente. O ar que sai do permutador de calor secundário 130 entra então no extrator de água 271, onde qualquer umidade livre é removida, para produzir ar de pressão média frio. Este ar de pressão média frio entra então na turbina 214 através de um bocal. O ar de média pressão frio é expandido através da turbina 214 e extraído com trabalho do ar de média pressão frio. Note-se que o ar de descarga da câmara que sai do permutador de calor da válvula de saída 230 pode então ser enviado para uma saída 202. A saída 202 pode ser um sistema de controle de pressão da cabine que utiliza a energia do ar de descarga da câmara.

[0039] Os dois fluxos de ar (por exemplo, o fornecimento de ar exterior fresco a partir de 201 e o fornecimento de ar de sangria a partir da entrada 101) são misturados a jusante da turbina 213 para produzir ar misto. Esta localização a jusante pode ser considerada um primeiro ponto de mistura do sistema de controle ambiental 200. O ar misto sai e depois entra no condensador 160 para arrefecer o ar de sangria que deixa o permutador de calor primário 120. O ar misto é então enviado para condicionar a câmara 102.

[0040] Esta operação de baixa altitude pode ser considerada um modo de baixa altitude. O modo de baixa altitude pode ser usado para condições de voo no solo e em baixa altitude, como condições de inatividade no solo, táxi, decolagem e espera.

[0041] Na operação em alta altitude do sistema de controle ambiental 200, o ar exterior fresco pode ser misturado a jusante do condensador 160 (em vez de a jusante da turbina 213 ou no primeiro ponto de mistura). Nesta situação, o ar que sai do extrator de água 271 é o ar de pressão média frio. Este ar de pressão média frio é direcionado pela válvula V2 para jusante do condensador 160. O local no qual este ar fresco de média pressão se mistura com o ar de sangria, que é originário da entrada de 101 e sai do condensador 160, pode ser considerado um segundo ponto de mistura do sistema de controle ambiental 200.

[0042] Esta operação de altitude elevada pode ser considerada um modo de altitude elevada. O modo de altitude elevada pode ser utilizado em condições de voo de cruzeiro, subida e descida de altitude elevada. No modo de alta altitude, os requisitos de aviação de ar fresco para passageiros são cumpridos misturando-se os dois fluxos de ar (por exemplo, a fonte de ar exterior fresco 201 e a fonte de ar de sangria da entrada 101). Além disso, dependendo da altitude da aeronave, a quantidade de sangria de ar necessária pode ser reduzida. Deste modo, o sistema de controle ambiental 200 fornece redução do ar de sangria variando de 40% a 75% para fornecer maiores eficiências em relação à queima de combustível do motor do que sistemas de ar de aviões contemporâneos.

[0043] As FIGS. 3, 4 e 5 ilustram variações do sistema de controle ambiental 200. Em geral. Passando agora à FIG. 3, um esquema de um sistema de controle ambiental 300 (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 200) é representado, de acordo com uma modalidade. Os componentes do sistema 100 e 200 que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 300 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos do sistema de controle ambiental 300 incluem um dispositivo de compressão 310 que compreende um compressor 312, uma turbina 313, uma turbina 314 e um eixo 315 e um dispositivo de rotação 316 (por exemplo, ventoinha acionada por turbina) que compreende uma turbina 317 e uma ventoinha 319, juntamente com um percurso secundário para o meio proveniente da entrada 101 (por exemplo, uma válvula V3 pode fornecer o meio da entrada 101 para uma entrada da turbina 317).

[0044] O sistema de controle ambiental 300 opera da mesma forma que o sistema de controle ambiental 200, na medida em que diferentes pontos de mistura são utilizados, dependendo do modo de operação. Além disso, o sistema de controle ambiental 300 separa a ventoinha de ar de impacto (por exemplo, 116) da máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão 110) e fornece a ventoinha de ar de impacto dentro do dispositivo rotativo 316. A turbina 317 do dispositivo de rotação 316 é alimentada pelo ar de sangria proveniente da entrada 101 que flui através da válvula V3.

[0045] Passando agora à FIG. 4, um esquema de um sistema de controle ambiental 400 (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 200) é representado, de acordo com uma modalidade. Os componentes do sistema 100 e 200 e 300 que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 400 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos do sistema de controle ambiental 400 incluem um dispositivo rotativo 416, que compreende um motor 417 e uma ventoinha 419.

[0046] O sistema de controle ambiental 400 opera da mesma forma que o sistema de controle ambiental 200, na medida em que diferentes pontos de mistura são utilizados, dependendo do modo de operação. Além disso, o sistema de controle ambiental 400 separa a ventoinha de ar de impacto (por exemplo, 116) da máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão 110) e fornece a ventoinha de ar de impacto dentro do dispositivo rotativo 416. O motor 417 do dispositivo rotativo 416 é alimentado por energia elétrica.

[0047] Passando agora à FIG. 5, um esquema de um sistema de controle ambiental 500 (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 200) é representado, de acordo com uma modalidade. Os componentes do sistema 100 e 200 e 300 e 400 que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 500 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos do sistema de controlo ambiental 400 incluem um dispositivo de compressão 510, que compreende um compressor 512, uma turbina 513 e um eixo 515 e um dispositivo de rotação 516, o qual compreende um motor 517 e uma ventoinha 519. Note-se que o dispositivo de rotação 516 está ao longo de um percurso do meio proveniente da entrada 201, de tal modo que o dispositivo de rotação 516 pode ser fornecido a este meio ou desviado.

[0048] O sistema de controle ambiental 500 opera da mesma forma que o sistema de controle ambiental 200, na medida em que diferentes pontos de mistura são utilizados, dependendo do modo de operação. Além disso, o sistema de controle ambiental 500 separa a ventoinha de ar de impacto (por exemplo, 116) da máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão 110) e fornece a ventoinha de ar de impacto dentro do dispositivo rotativo 516. A turbina 517 do dispositivo rotativo 516 é alimentada pelo ar fresco proveniente da entrada 201.

[0049] Voltando agora à FIG. 6, um esquema de um sistema de controle ambiental 600 (por exemplo, uma modalidade do sistema 100), como poderia ser instalado numa aeronave, é representado de acordo com uma modalidade. Em funcionamento, o sistema de controle ambiental 600 pode proporcionar ar misto a partir de qualquer combinação de ar fresco, ar de sangria e ar de descarga da cabine. Os componentes do sistema 100 e 200 e 300, 400 e 500 que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 600 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Componentes alternativos do sistema de controle ambiental 600 incluem uma saída 601 e um dispositivo de compressão 610 que compreende um compressor 612, uma turbina 613, uma turbina 614, uma ventoinha 616 e um eixo 618. Os componentes alternativos do sistema de controle ambiental 600 incluem também as válvulas V6.1, V6.2 e V6.3. Um trajeto é ainda designado pela linha traço e ponto F6.1 para um fluxo do meio que é controlado pela válvula V6.1 para a saída 601 (por exemplo, que pode ser para fora). Outro percurso é indicado pela linha pontilhada F6.2 para um fluxo do meio que é controlado pela válvula V6.2 para fornecer o ar de descarga da cabine à válvula V6.3 (caso contrário o ar de descarga da cabina pode ser dirigido para fora através do casco 119). Note-se que a turbina 614 pode ser uma de dupla utilização. Uma turbina de dupla utilização está configurada para receber fluxos de diferentes meios alternadamente

[0050] Numa operação de baixa altitude do sistema de controle ambiental 600, o ar de alta temperatura e alta pressão do motor de turbina ou da unidade de energia auxiliar através da entrada 101 através da válvula V1 entra no permutador de calor primário 120. O permutador de calor primário 120 arrefece o ar de alta temperatura e pressão para uma temperatura quase ambiente para produzir ar de alta pressão frio. Este ar frio de alta pressão entra no condensador 160, onde é adicionalmente arrefecido por ar das turbinas 613 e 614 do dispositivo de compressão 610. Ao sair do condensador 160, o ar frio pressurizado entra no extrator de água 272, de modo que a umidade no ar é removida.

[0051] O ar frio de alta pressão entra na turbina 613 através de um bocal. O ar de alta pressão frio é expandido através da turbina 613 e extraído com trabalho do ar de alta pressão frio. Este trabalho extraído aciona o compressor 612 utilizado para comprimir o ar exterior fresco. Este trabalho extraído também aciona a ventoinha 616, que é utilizado para mover ar através do permutador de calor primário 120 e o permutador de calor secundário 130.

[0052] O ato de comprimir o ar exterior fresco aquece o ar exterior fresco. O ar exterior fresco comprimido entra no permutador de calor da válvula de saída 230 e é arrefecido pelo ar de descarga da câmara para produzir ar fresco exterior comprimido arrefecido. O ar exterior fresco comprimido arrefecido entra então no permutador de calor secundário 130 e é adicionalmente arrefecido até quase a temperatura ambiente. O ar que sai do permutador de calor secundário 130 entra então no extrator de água 271, onde qualquer umidade livre é removida, para produzir ar de pressão média frio. Este ar de pressão média frio entra então na turbina 614 através de um bocal. O ar de média pressão frio é expandido através da turbina 614 e extraído com trabalho do ar de alta pressão frio.

[0053] Os dois fluxos de ar (por exemplo, o fornecimento de ar exterior fresco a partir de 201 e o fornecimento de ar de sangria a partir da entrada 101) são misturados a jusante da turbina 613 para produzir ar misto. Uma válvula V6.1 pode então ser utilizada para direcionar uma saída da turbina 614 para fora da câmara ou para jusante da turbina 613 (para proporcionar o ar de pressão média arrefecida que sai da turbina 614 para o primeiro ponto de mistura, de tal modo que flua para a câmara 102). Esta localização a jusante pode ser considerada um primeiro ponto de mistura do sistema de controle ambiental 600. O ar misto sai e depois entra no condensador 160 para arrefecer o ar de sangria que deixa o permutador de calor primário 120. O ar misto é então enviado para condicionar a câmara 102.

[0054] Esta operação de baixa altitude pode ser considerada um modo de baixa altitude. O modo de baixa altitude pode ser usado para condições de voo no solo e em baixa altitude, como condições de inatividade no solo, táxi, decolagem e espera.

[0055] Na operação em alta altitude do sistema de controle ambiental 600, o ar exterior fresco pode ser misturado a jusante do condensador 160 (em vez de no primeiro ponto de mistura). Nesta situação, o ar que sai do extrator de água 271 é o ar de pressão média frio. Este ar de pressão média frio é direcionado pela válvula V6.3 para jusante do condensador 160.

[0056] A válvula V6.3 também pode direcionar o ar de descarga de cabine para a turbina 614. Por exemplo, energia no ar de descarga da cabine pode ser usada para alimentar o compressor 612 por alimentação (por exemplo, a linha traço e ponto F6.2) do ar de descarga de cabine para a turbina 614. Note-se que o ar de descarga da cabine entra na turbina 614 através de um bocal, de tal modo que a turbina 614 expande o ar quente do permutador de calor da válvula de saída 230. O ar de descarga da cabine pode continuar para fora (por exemplo, para a saída 601) através da válvula V6.1. O lado de fora compreende uma pressão de ambiente em operação de altitude elevada. Pelo ar de descarga da cabine que continua para fora, uma queda de pressão através da turbina 614 é criada, de tal modo que o ar de descarga da cabine é aspirado através da turbina 614 (por exemplo, a pressão do ar de descarga da cabina é superior à pressão do ar de ambiente). Deste modo, o compressor 612 recebe energia tanto do ar de sangria (através da turbina 613) como do ar de descarga da cabine (através da turbina 614).

[0057] Esta operação de altitude elevada pode ser considerada um modo de altitude elevada. O modo de altitude elevada pode ser utilizado em condições de voo de cruzeiro, subida e descida de altitude elevada. No modo de alta altitude, os requisitos de aviação de ar fresco para passageiros são cumpridos misturando-se os dois fluxos de ar (por exemplo, a fonte de ar exterior fresco 201 e a fonte de ar de sangria da entrada 101). Além disso, dependendo da altitude da aeronave, a quantidade de sangria de ar necessária pode ser reduzida. Deste modo, o sistema de controle ambiental 200 fornece redução do ar de sangria variando de 40% a 60% para fornecer maiores eficiências em relação à queima de combustível do motor do que sistemas de ar de aviões contemporâneos.

[0058] As FIGS. 7, 8 e 9 ilustram variações do sistema de controle ambiental 600. Em geral. Passando agora à FIG. 7, um esquema de um sistema de controle ambiental 700 (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 600) é representado, de acordo com uma modalidade. Os componentes do sistema 100 e 200 e 300, 400, 500 e 600 que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 700 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos do sistema de controle ambiental 700 incluem um dispositivo de compressão 710, que compreende um compressor 712, uma turbina 713, uma turbina 714 e um eixo 715. Note-se que a turbina 614 é de dupla utilização.

[0059] O sistema de controle ambiental 700 opera da mesma forma que o sistema de controle ambiental 600, na medida em que diferentes pontos de mistura são utilizados, dependendo do modo de operação. Além disso, o sistema de controle ambiental 700 separa a ventoinha de ar de impacto (por exemplo, 116) da máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão 110) e fornece a ventoinha de ar de impacto dentro do dispositivo rotativo 316. A turbina 317 do dispositivo de rotação 316 é alimentada pelo ar de sangria proveniente da entrada 101 que flui através da válvula V3.

[0060] Além disso, a energia no ar fresco que sai do extrator de água 271 pode ser utilizada para alimentar o compressor 712 alimentando o ar que sai do extrator de água 271 através da válvula V6.3 para a turbina 714. Além disso, energia no ar de descarga da cabine que sai do permutador de calor da válvula de saída 230 pode ser usada para alimentar o compressor 712 por alimentação (por exemplo, a linha traço e ponto F6.2) do ar de descarga de cabine para a turbina 714. Desta forma, a segunda turbina 714 pode ser alimentada com ar do permutador de calor da válvula saída 230 (por exemplo, ar de descarga de cabine) e/ou ar que sai do extrator de água 271 (por exemplo, ar exterior fresco), enquanto a primeira turbina 713 pode ser alimentada com ar do permutador de calor primário 120 (por exemplo, ar de sangria). Por sua vez, o compressor 712 pode receber energia do ar de sangria (através da turbina 713), do ar de descarga da cabine (através da turbina 714) e/ou do ar exterior fresco (também através da turbina 714). Note-se que o ar de descarga da cabine ou o ar exterior fresco podem ser misturados com o ar de sangria a jusante da turbina 713.

[0061] Passando agora à FIG. 8, um esquema de um sistema de controle ambiental 800 (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 600) é representado, de acordo com uma modalidade. Os componentes do sistema 100 e 200 e 300, 400, 500, 600 e 700 que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 800 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos.

[0062] O sistema de controle ambiental 800 opera da mesma forma que o sistema de controle ambiental 600, na medida em que diferentes pontos de mistura são utilizados, dependendo do modo de operação. Além disso, o sistema de controle ambiental 800 separa a ventoinha de ar de impacto (por exemplo, 116) da máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão 110) e fornece a ventoinha de ar de impacto dentro do dispositivo rotativo 416. O motor 717 do dispositivo rotativo 716 é alimentado por energia elétrica.

[0063] Passando agora à FIG. 9, um esquema de um sistema de controle ambiental 900 (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 600) é representado, de acordo com uma modalidade. Os componentes do sistema 100 e 200 e 300, 400, 500, 600, 700 e 800 que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 900 foram reutilizados para facilidade de explicação, usando os mesmos identificadores e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos do sistema de controle ambiental 900 incluem um percurso para o meio indicado pela linha traço e ponto F9 (onde o meio pode ser proporcionado a partir da câmara 102 para a turbina 714).

[0064] O sistema de controle ambiental 900 opera da mesma forma que o sistema de controle ambiental 600, na medida em que diferentes pontos de mistura são utilizados, dependendo do modo de operação. Além disso, o sistema de controle ambiental 900 separa a ventoinha de ar de impacto (por exemplo, 116) da máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão 110) e fornece a ventoinha de ar de impacto dentro do dispositivo rotativo 516. A turbina 517 do dispositivo rotativo 516 é alimentada pelo ar fresco proveniente da entrada 201. Note-se que o dispositivo de rotação 516 está ao longo de um percurso do meio proveniente da entrada 201, de tal modo que o dispositivo de rotação 516 pode ser fornecido a este meio ou desviado com base na operação da válvula V5. Além disso, em uma ou mais modalidades, um escape da turbina 714 pode ser enviado para a saída 601 (por exemplo, um sistema de controle da pressão da cabine) depois que a turbina 714 extrai trabalho a partir do meio recebido a partir do percurso F9.

[0065] Aspectos das modalidades são descritos neste documento com referência às ilustrações de fluxograma, diagramas esquemáticos e/ou de blocos de métodos, aparelhos e/ou sistemas, de acordo com as modalidades. Além disso, as descrições das várias modalidades foram apresentadas para fins de ilustração, mas não têm a intenção de serem exaustivas ou limitadas às modalidades divulgadas. Muitas modificações e variações serão aparentes àqueles versados na técnica sem se afastar do escopo e do espírito das modalidades descritas. A terminologia usada neste documento foi escolhida para melhor explicar os princípios das modalidades, a aplicação prática ou aprimoramentos técnicos em relação às tecnologias encontradas no mercado ou para permitir que outros versados na técnica entendam as modalidades divulgadas neste documento.

[0066] A terminologia usada neste documento tem a finalidade de descrever modalidades particulares apenas e não se destina a ser limitante da invenção. Como utilizado neste documento, a forma singular “um”, “uma” e "alguns"estão destinados a incluir também as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente de outra maneira. Será ainda compreendido que os termos “compreendem” e/ou “compreendendo”, quando utilizados neste relatório descritivo, especificam a presença de características indicadas, números inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes, mas não impossibilitam a presença ou a adição de outras características, números inteiros, etapas, operações, componentes do elemento e/ou grupos destes.

[0067] Os fluxogramas representados neste documento são apenas um exemplo. Podem existir muitas variações a este diagrama ou nas etapas (ou operações) descritas no mesmo sem que se afaste do espírito das modalidades deste documento. Por exemplo, as etapas podem ser executadas em uma ordem diferente ou etapas podem ser adicionadas, excluídas ou modificadas. Todas estas variações são consideradas uma parte das reivindicações.

[0068] Embora a modalidade preferida tenha sido descrita, será entendido que os versados na técnica, tanto agora como no futuro, podem fazer vários aperfeiçoamentos e intensificações que caem dentro do escopo das reivindicações que se seguem. Estas reivindicações devem ser interpretadas para manter a proteção adequada.

Claims

1. Avião, caracterizadopelo fato de que compreende: um volume pressurizado; e um sistema de ar condicionado que compreende: um compressor (612) configurado para receber um fluxo de um primeiro meio, em que o primeiro meio compreende ar fresco proveniente de uma primeira entrada (201), uma turbina (614) a jusante do compressor (612) num percurso de escoamento do primeiro meio, uma primeira válvula configurada para desviar o fluxo do dito primeiro meio em torno da turbina (614), uma segunda válvula configurada para fornecer um segundo meio à turbina (614), uma terceira válvula a jusante da dita turbina (614) configurada para direcionar um fluxo de saída da turbina (614) para o volume pressurizado e para direcionar o fluxo de saída da turbina para fora do volume pressurizado, e uma segunda turbina (613) configurada para receber um terceiro meio, em que o terceiro meio compreende ar de sangria proveniente de uma segunda entrada.

2. Avião de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o segundo meio compreende ar de descarga de cabine.

3. Avião de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o primeiro meio se mistura com o terceiro meio a jusante da segunda turbina (613).

4. Avião de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a primeira entrada (201) compreende um mecanismo de coleta que adquire o ar fresco do exterior do avião.

5. Avião de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a segunda entrada compreende uma conexão que adquire o ar de sangria de um motor de turbina ou uma unidade de energia auxiliar do avião.

6. Avião, caracterizadopelo fato de que compreende: um volume pressurizado; e um sistema de ar condicionado que compreende: um compressor (612) configurado para receber um fluxo de um primeiro meio, em que o primeiro meio compreende ar fresco proveniente de uma primeira entrada (201), uma turbina (614) a jusante do compressor (612) num percurso de escoamento do primeiro meio, uma primeira válvula configurada para desviar o fluxo do dito primeiro meio em torno da dita turbina (614) e configurada para fornecer um segundo meio à turbina (614), uma segunda válvula a jusante da turbina (614) configurada para direcionar um fluxo de saída da turbina para o volume pressurizado e para direcionar o fluxo de saída da turbina para fora do volume pressurizado, e uma segunda turbina (613) configurada para receber um terceiro meio, em que o terceiro meio compreende ar de sangria proveniente de uma segunda entrada.

7. Avião de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que o segundo meio compreende ar de descarga de cabine.

8. Avião de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que o primeiro meio se mistura com o terceiro meio a jusante da segunda turbina (613).