BR102017011090B1

BR102017011090B1 - Aeronave

Info

Publication number: BR102017011090B1
Application number: BR102017011090-7A
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: CA2968733A1; EP3248877B1; EP3248877A1; US10597162B2; CN107434048A; US20170341767A1; BR102017011090A2

Abstract

AERONAVE. Trata-se de uma aeronave. A aeronave inclui um primeiro meio, um segundo meio e um condicionamento de ar. O sistema de condicionamento de ar inclui uma primeira turbina, um compressor e um ponto de mistura. O compressor está situado a montante da turbina num caminho de fluxo do primeiro meio. O ponto de mistura é um local no qual o primeiro meio se mistura com o segundo meio. O ponto de mistura está a jusante do compressor e a montante da turbina.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Em geral, os sistemas de condicionamento de ar contemporâneos são abastecidos por uma pressão em cruzeiro que é de aproximadamente 0, 20 MPa a 0,24 MPa (30 psig a 35 psig). A tendência na indústria aeroespacial, hoje, é para 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 trazer o mesmo para a cabine.

BREVE DESCRIÇÃO

[002] De acordo com uma ou mais modalidades, é fornecida uma aeronave. A aeronave compreende um primeiro meio; um segundo meio; e um sistema de condicionamento de ar que compreende: uma primeira turbina, um compressor situado a montante da turbina num caminho de fluxo do primeiro meio, e um ponto de mistura no qual o primeiro meio se mistura com o segundo meio, em que o ponto de mistura está a jusante do compressor e a montante da turbina.

[003] De acordo com uma ou mais modalidades ou com a modalidade de aeronave acima, a aeronave pode compreender um trocador de calor configurado para rejeitar calor do primeiro meio a um terceiro meio.

[004] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, a aeronave pode compreender um segundo trocador de calor configurado para rejeitar calor do segundo meio ao terceiro meio.

[005] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, o ponto de mistura pode estar situado a jusante do trocador de calor e do segundo trocador de calor.

[006] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, a aeronave pode compreender um terceiro trocador de calor situado a jusante do trocador de calor no caminho de fluxo do primeiro meio e situado a montante do ponto de mistura.

[007] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, a aeronave pode compreender um terceiro trocador de calor situado a jusante do segundo trocador de calor num caminho de fluxo do segundo meio e situado a montante do ponto de mistura.

[008] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, a aeronave pode compreender um terceiro trocador de calor a jusante do ponto de mistura.

[009] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, a aeronave pode compreender um fluxo de um terceiro meio.

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

[0011] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, a aeronave pode compreender um quarto trocador de calor que rejeita calor do primeiro meio para o terceiro meio.

[0012] De acordo com uma ou mais modalidades ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, o quarto trocador de calor pode estar a montante do segundo trocador de calor no caminho de fluxo do primeiro meio.

[0013] De acordo com uma ou mais modalidades, ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, a aeronave pode compreender uma segunda turbina configurada para receber um fluxo do terceiro meio e para alimentar o compressor.

[0014] De acordo com uma ou mais modalidades, ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, a segunda turbina pode estar a jusante de um quarto trocador de calor em um caminho de fluxo do terceiro meio.

[0015] De acordo com uma ou mais modalidades, ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, a aeronave pode compreender um trocador de calor de ar de impacto único situado a jusante do ponto de mistura.

[0016] De acordo com uma ou mais modalidades, ou qualquer uma das modalidades de aeronave acima, o primeiro meio pode compreender ar de sangria, e o segundo meio pode compreender ar fresco.

[0017] Características e vantagens adicionais são atingidas por meio de técnicas das modalidades deste documento. Outras modalidades são descritas em detalhes aqui, e são consideradas como parte das reivindicações. Para uma melhor compreensão das modalidades com as vantagens e as características, consultem a descrição e os desenhos

BREVE DESCRIÇÃODOS DESENHOS

[0018] A matéria é particularmente indicada e distintamente reivindicada nas reivindicações na conclusão do relatório descritivo. As características anteriores e outras características e vantagens das mesmas são evidentes a partir da descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os desenhos nos quais: A Figura 1 é um diagrama de uma esquematização de um sistema de controle ambiental de acordo com uma modalidade; A Figura 2A é um diagrama de uma esquematização de um sistema de controle ambiental que inclui pelo menos um ponto de mistura de acordo com uma modalidade; A Figura 2B é uma variação de um sistema de controle ambiental da Figura 2A de acordo com uma modalidade; A Figura 2C é uma variação de um sistema de controle ambiental da Figura 2A de acordo com uma modalidade; A Figura 3A é um diagrama de uma esquematização de um sistema de controle ambiental que inclui pelo menos um ponto de mistura de acordo com uma outra modalidade; A Figura 3B ilustra múltiplas configurações de bocal de acordo com uma modalidade; A Figura 4A é um diagrama de uma esquematização de um sistema de controle ambiental que inclui pelo menos um ponto de mistura de acordo com uma outra modalidade; A Figura 4B é uma variação de um sistema de controle ambiental da Figura 4A de acordo com uma modalidade; A Figura 4C é uma variação de um sistema de controle ambiental da Figura 4A de acordo com uma modalidade; A Figura 5 é um diagrama de uma esquematização de um sistema de controle ambiental que inclui pelo menos um ponto de mistura de acordo com uma outra modalidade; A Figura 6 é um diagrama de uma esquematização de um sistema de controle ambiental que inclui pelo menos um ponto de mistura de acordo com uma outra modalidade; A Figura 7 é um diagrama de uma esquematização de um sistema de controle ambiental que inclui pelo menos um ponto de mistura de acordo com uma outra modalidade; A Figura 8 é um diagrama de uma esquematização de um sistema de controle ambiental que inclui pelo menos um ponto de mistura de acordo com uma outra modalidade; e A Figura 9 é um diagrama de uma esquematização de um sistema de controle ambiental que inclui pelo menos um ponto de mistura de acordo com uma outra modalidade;

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e do método divulgados é aqui apresentada a título de exemplificação, e não limitação, com referência às Figuras.

[0020] Modalidades no presente documento fornecem um sistema de controle ambiental de uma aeronave que mistura meios de origens diferentes e usa as diferentes fontes de energia para alimentar o sistema de controle ambiental e para fornecer pressurização de cabine e resfriamento a uma alta eficiência de queima de combustível. O meio pode ser geralmente ar, embora outros exemplos incluam gases, líquidos, sólidos fluidizados ou pastas.

[0021] Retornando para a Figura 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, um ventilador 116 e um eixo 118. O sistema 100 também compreende um trocador de calor primário 120, um trocador de calor secundário 130, um condensador 160, um extrator de água 162 e um reaquecedor 164.

[0022] O dispositivo de compressão 110 é um dispositivo mecânico que inclui componentes para realizar trabalho termodinâmico no meio (por exemplo, extrair trabalho ou trabalhos no meio elevando e/ou diminuindo a pressão e elevando e/ou diminuindo a 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.

[0023] O compressor 112 é um dispositivo mecânico que eleva a pressão do meio recebido da entrada 101. Exemplos de tipos de compressor incluem centrífugo, de fluxo diagonal ou misturado, de fluxo axial, de alternância, de pistão líquido iônico, de rosca giratória, de pá giratória, de rolagem, diafragma, bolha de ar, etc. Adicionalmente, compressores podem ser acionados por um motor ou pelo meio através da turbina 113.

[0024] A turbina 113 é um dispositivo mecânico que aciona o compressor 112 e o ventilador 116 via o eixo 118. O ventilador 116 (por exemplo, um ventilador de ar de impacto) 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 uma taxa de resfriamento variável para controlar temperaturas. O casco 119 recebe e dirige um meio (tal como ar de impacto) através do sistema 100. Em geral, ar de impacto é ar externo utilizado como um dissipador de calor pelo sistema 100.

[0025] Os trocadores de calor 120 e 130 são dispositivos construídos para transferência de calor eficiente de um meio para outro. Exemplos de trocadores de calor incluem trocadores de calor de tubo duplo, casco e tubo, placa, placa e casco, roda adiabática, aleta de placa, placa de travesseiro e de fluido.

[0026] O condensador 160 e o reaquecedor 164 são tipos particulares de trocadores 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 se combinar para serem um separador de água de alta pressão.

[0027] 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, dirigem 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 atuadores, de modo que taxas de fluxo do meio em qualquer porção do sistema 100 possam ser reguladas até um valor desejado.

[0028] Conforme mostrado na Figura 1, um 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 disto, 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 numa válvula V1 e terminar quando ar sai do condensador 162.

[0029] 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 "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, a umidade e a pressão do ar de sangria variam amplamente dependendo de um estágio do compressor e das revoluções por minuto do motor de turbina.

[0030] Voltando agora para as Figuras 2A, 2B e 2C, uma esquematização de sistemas de controle ambiental 200A, 200B e 200C (por exemplo, modalidades de sistema 100) são representadas de acordo com modalidades, visto que podem ser instalados numa aeronave. Em funcionamento, os sistemas de controle ambiental 200A, 200B e 200C misturam ar fresco com ar de sangria. Os componentes do sistema 100 que são semelhantes aos sistemas 200A, 200B e 200C foram reutilizados para facilitar a explicação, com o uso dos mesmos identificadores, e não são reintroduzidos.

[0031] A Figura 2A ilustra o sistema de controle ambiental 200A para incluir adicionalmente uma entrada 201, um dispositivo de compressão 210A (que compreende um compressor 212, uma turbina 213, um ventilador 216 e uma haste 218), um trocador de calor de efluxo 230, um coletor de água 271, um coletor de água 272, e uma válvula V3, junto com um caminho para um meio denotado por uma linha ponto-tracejada F2 (onde o meio pode ser fornecido da câmara 102 para o sistema de controle ambiental 200A).

[0032] Em vista da modalidade de aeronave acima, quando o meio está sendo fornecido da câmara 102 (por exemplo, ar que deixa um volume pressurizado, cabine da aeronave, ou cabine da plataforma de voo da aeronave), o meio pode ser referido como ar de descarga de câmara (também conhecido como ar de descarga de cabine). Observar que, numa ou mais modalidades, uma exaustão do ar de descarga de cabine do sistema de controle ambiental 200A pode ser liberada através do casco 119 ou enviada para um sistema de controle de pressão de cabine. O ar de descarga de cabine também pode ser liberado através de uma válvula de efluxo (também conhecida como válvula de controle de efluxo e uma válvula de efluxo de recuperação de empuxo). Por exemplo, quando o ar de descarga de cabine do trocador de calor de efluxo 230 é acoplado à válvula de efluxo, o trocador de calor de efluxo 230 aumenta a energia no ar de descarga de cabine, o que aumenta o empuxo recuperado pela válvula de efluxo.

[0033] Adicionalmente, quando um meio está sendo fornecido 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 pressurizada 102). O ar fresco pode ser procurado por um ou mais mecanismos coletores, como um coletor de impacto ou um coletor de descarga. Desta forma, a entrada 201 pode ser considerada uma entrada de ar fresco.

[0034] Numa operação de baixa altitude do sistema de controle ambiental 200A, o ar de alta pressão e de alta temperatura ou do motor de turbina ou da unidade de potência auxiliar via entrada 101 através da válvula V1 entra no trocador de calor primário 120. O trocador de calor primário 120 resfria o ar de alta pressão e de alta temperatura quase para a temperatura ambiente para produzir ar pressurizado frio. Este ar pressurizado frio entra no condensador 160, onde é adicionalmente resfriado por ar da turbina 213 do dispositivo de compressão 210A. Ao sair do condensador 160, o ar pressurizado frio entra no extrator de água 272 de modo que a umidade no ar seja removida.

[0035] O ar pressurizado frio é, então, misturado com ar fresco proveniente da entrada 201 para produzir ar misturado. O ar fresco, antes de ser misturado, é comprimido pelo compressor 212 (para aproximadamente a mesma pressão que o ar de alta pressão frio). A ação de comprimir o ar fresco aquece o ar fresco. O ar fresco comprimido então entra no trocador de calor de efluxo 230 e é resfriado pelo ar de descarga de cabine (consulte a linha ponto-tracejada F2) para produzir ar fresco comprimido resfriado. O trocador de calor de efluxo 230 exaure a descarga de cabine através do casco 119, para um sistema de controle de pressão de cabine, ou a válvula de efluxo (observar que uma válvula V3 pode controlar o destino da exaustão do trocador de calor de efluxo 230). O ar fresco comprimido resfriado, então, entra no trocador de calor secundário 130 e é adicionalmente resfriado para temperatura quase ambiente. O ar que sai do trocador de calor secundário 130 é direcionado pela válvula V2 para o extrator de água 271, onde toda a umidade livre é removida, para produzir ar pressurizado frio.

[0036] Dois fluxos de ar são misturados a montante da turbina 213 para produzir o ar misturado. Os dois fluxos de ar incluem ar fresco pressurizado frio proveniente de 201, e o ar de sangria pressurizado frio proveniente da entrada 101. Este local a montante pode ser considerado um primeiro ponto de mistura M1 do sistema de controle ambiental 200A. O ar misturado entra e sai da turbina 213. O ar misturado então entra no condensador 160 para resfriar o ar de sangria que sai do trocador de calor primário 120. Este ar misturado, então, é enviado para condicionar a câmara 102. Desta forma, no sistema de controle ambiental 200A, o ar de sangria pode acionar um ciclo de ar bootstrap, onde o dispositivo de compressão 210A recebe ar fresco. Por exemplo, os dois meios (por exemplo, ar de sangria e ar fresco) se misturam a montante da turbina 213, como numa entrada da turbina 213 e entram na turbina 213 onde a potência é extraída. Esta potência é usada para acionar o compressor 212 que recebe o ar fresco.

[0037] O ar misturado entra na turbina 213 através de um bocal. O ar misturado é expandido ao longo da turbina 213 e o trabalho é extraído do ar misturado. Este trabalho extraído aciona o compressor 212 usado para comprimir o ar fresco. Este trabalho extraído também aciona o ventilador 216, que é usado para mover ar (por exemplo, ar de impacto) através do trocador de calor primário 120 e do trocador de calor secundário 130 (também conhecidos como trocadores de calor de ar de impacto).

[0038] Esta operação de baixa altitude pode ser considerada um modo de baixa altitude. O modo de baixa altitude pode ser usado para condições em terra ou de voo de baixa altitude, como condições de ponto-morto em terra, taxiamento, decolagem e de retenção.

[0039] Em operação de alta altitude do sistema de controle ambiental 200, o ar exterior fresco pode ser misturado a jusante da turbina 213 (ao invés de a montante da turbina 213, numa entrada da turbina 213, e/ou no primeiro ponto de mistura M1). Nesta situação, o ar que sai do trocador de calor secundário 130 é direcionado pela válvula V2 para a jusante da turbina 213. O local no qual este ar frio de pressão média se mistura com o ar de sangria, que é proveniente da entrada 101 e sai do condensador 160, pode ser considerado um segundo ponto de mistura M2 do sistema de controle ambiental 200. Observar que o ponto de mistura M2 pode estar localizado em qualquer ponto a jusante da turbina 213, como a jusante do condensador 160 conforme mostrado na Figura 2.

[0040] Esta operação de alta altitude pode ser considerada um modo de alta altitude. O modo de alta altitude pode ser usado em condições de voo de cruzeiro de alta altitude, de ascensão e de descensão. No modo de alta altitude, os requisitos de avião de ar fresco para passageiros são atendidos pela mistura dos dois fluxos de ar (por exemplo, o ar exterior fresco proveniente de 201 e o ar de sangria proveniente de entrada 101). Adicionalmente, dependendo de uma altitude da aeronave, uma quantidade de ar de sangria necessária pode ser reduzida. Desta forma, o sistema de controle ambiental 200 fornece redução de ar de sangria na faixa de 40% a 75% para fornecer eficiências superiores em relação com a queima de combustível de motor do que sistemas de ar de aeronave contemporâneos.

[0041] As Figuras 2B e 2C ilustram variações do sistema de controle ambiental 200A. Voltando agora para a Figura 2B, uma esquematização de um sistema de controle ambiental 200B (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 200A) é representada de acordo com uma modalidade. Os componentes dos sistemas 100 e 200A que são semelhantes ao sistema de controle ambiental 200B foram reutilizados para facilidade de explicação, com o uso dos mesmos identificadores, e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos do sistema de controle ambiental 200B incluem um dispositivo de compressão 210B que compreende um componente 279 e um componente 280. O componente 279 compreende o compressor 212, a turbina 213 e a haste 318. O componente 280 pode ser um dispositivo giratório (por exemplo, ventilador acionado por turbina), que compreende uma turbina 287, uma haste 288 e um ventilador 289. O sistema de controle ambiental 200B também pode compreender um caminho secundário para o meio proveniente da entrada 101 (por exemplo, uma válvula V1.2 pode fornecer o meio da entrada 101 para uma entrada da turbina 287).

[0042] O sistema de controle ambiental 300 opera de modo similar ao sistema de controle ambiental 200 visto que diferentes pontos de mistura M1 e M2 são utilizados com base no modo de operação. Além disto, o sistema de controle ambiental 300 separa o ventilador de ar de impacto (por exemplo, ventilador 216) da máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão 210A) e fornece o ventilador de ar de impacto dentro do dispositivo giratório (por exemplo, o componente 280). A turbina 287 do componente 280 é alimentada pelo ar de sangria proveniente da entrada 101 que flui através da válvula V1.2.

[0043] Voltando agora para a Figura 2C, uma esquematização de um sistema de controle ambiental 200C (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 200A) é representada de acordo com uma modalidade. Os componentes dos sistemas 100, 200A e 200B que são semelhantes ao sistema de controle ambiental 200C foram reutilizados para facilidade de explicação, com o uso dos mesmos identificadores, e não são reintroduzidos. Os componentes alternativos do sistema de controle ambiental 200C incluem um dispositivo de compressão 210C que compreende um componente 279 e um componente 280. O componente 290 pode ser um dispositivo giratório (por exemplo, rotor integral ou turbina de ponta), que compreende uma turbina 297, uma haste 298e um motor 289.

[0044] O sistema de controle ambiental 200C opera de modo similar ao sistema de controle ambiental 200A visto que diferentes pontos de mistura são utilizados com base no modo de operação. Além disto, o sistema de controle ambiental 200C separa o ventilador de ar de impacto (por exemplo, ventilador 216) da máquina de ciclo de ar (por exemplo, o dispositivo de compressão 210A) e fornece o ventilador de ar de impacto dentro do dispositivo giratório (por exemplo, o componente 290). O motor 297 do componente 290 é alimentado por potência elétrica.

[0045] A Figura 3A ilustra uma esquematização de um sistema de controle ambiental 300 como uma variação dos sistemas de controle ambiental 200A, 200B e 200C de acordo com uma modalidade. Os componentes dos sistemas 100 e 200A, 200B e 200C que são semelhantes ao sistema de controle ambiental 300 foram reutilizados para facilidade de explicação, com o uso dos mesmos identificadores, e não são reintroduzidos. Componentes alternativos do sistema de controle ambiental 300 incluem o dispositivo de compressão 210A que compreende uma configuração de múltiplos bocais 390. A configuração de múltiplos bocais 390 permite uma área de bocal variante com base nas condições que circundam a aeronave sem a complicação adicionada de turbina de área variável. A configuração de múltiplos bocais 390 inclui a turbina 313 com um ou mais bocais. Adicionalmente, cada um dentre o um ou mais bocais pode receber um meio de acordo com mecanismos externos à turbina 313. Voltando agora para a Figura 3B, modalidades da configuração de múltiplos bocais 390 são mostradas como configurações de bocal 391 e 392.

[0046] A configuração de bocal 391 inclui a turbina 313 e uma válvula N1. A válvula N1 regula o fluxo de ar misturado (por exemplo, do ponto de mistura M1) para a turbina 313. A válvula N1 opera num primeiro modo, num segundo modo ou num terceiro modo. O primeiro modo ou um modo de limite é quando a totalidade do ar misturado é suprida para um bocal da turbina 313 com uma área menor. O segundo modo ou modo intermediário é quando a totalidade do ar misturado é suprido para um bocal da turbina 313 com uma área maior. O terceiro modo ou modo aberto é quando a totalidade do ar misturado é suprida tanto para os bocais da turbina 313, fornecendo, assim, um fluxo máximo do ar misturado. Numa modalidade, o primeiro bocal pode ter 0,76 cm (0,3 pol) e o segundo bocal pode ter 2,28 cm (0,9 pol). Por sua vez, a área de bocal no primeiro modo tem 0,76 cm (0,3 pol), a área de bocal no segundo modo tem 2,28 cm (0,9 pol) e a área de bocal no terceiro modo tem 3,30 cm (1,3 pol).

[0047] A configuração de bocal 392 inclui a turbina 313 e válvulas N2 e N3. A válvula N2 regula o fluxo de ar misturado (por exemplo, do ponto de mistura M1) para um primeiro bocal da turbina 313. A válvula N3 regula o fluxo de ar misturado (por exemplo, do ponto de mistura M1) para um segundo bocal da turbina 313. O primeiro bocal da turbina 313 inclui uma área que é menor do que aquela do segundo bocal da turbina 313. As válvulas N2 e N3 operam de acordo com um primeiro modo, com um segundo modo ou com um terceiro modo. O primeiro modo ou um modo de limite é quando apenas a válvula N2 supre o ar misturado para o primeiro bocal da turbina 313 (por exemplo, a válvula N2 fornece o meio pressurizado para o primeiro bocal e a válvula N3 bloqueia o meio pressurizado do segundo bocal). O segundo modo ou um modo intermediário é quando apenas a válvula N3 supre o ar misturado para o segundo bocal da turbina 313 (por exemplo, a válvula N3 fornece o meio pressurizado para o segundo bocal e a válvula N2 bloqueia o meio pressurizado do primeiro bocal). O terceiro modo ou o modo aberto é quando ambas as válvulas N2 e N3 suprem o ar misturado para ambos os bocais a turbina 313, fornecendo, assim, um fluxo máximo do ar misturado (por exemplo, a válvula N2 fornece o meio pressurizado para o primeiro bocal e a válvula N3 fornece o meio pressurizado para o segundo bocal).

[0048] Em vista do exemplo de aeronave e com relação às configurações de bocal acima 391 e 392, durante a operação do sistema de controle ambiental 300 em terra, um terceiro modo é utilizado. Adicionalmente, em voo, o sistema de controle ambiental 300 pode utilizar o primeiro modo, o segundo modo ou o terceiro modo de acordo com uma pressão do ar de sangria. Por sua vez, o sistema de controle ambiental 300 pode maximizar o uso da pressão de sangria sem a complicação adicionada de turbina de área variável.

[0049] Voltando agora para as Figuras 4A, 4B e 4C, uma esquematização de sistemas de controle ambiental 400A, 400B e 400C (por exemplo, modalidades de sistemas 100, 200A, 200B, 200C e 300) é representada de acordo com modalidades, visto que podem ser instalados numa aeronave. Em funcionamento, os sistemas de controle ambiental 400A, 400B e 400C misturam ar fresco com ar de sangria. Os componentes dos sistemas 100, 200A, 200B, 200C e 300 que são semelhantes aos sistemas 400A, 400B e 400C foram reutilizados para facilitar a explicação, com o uso dos mesmos identificadores, e não são reintroduzidos.

[0050] A Figura 4A ilustra o sistema de controle ambiental 400A para incluir adicionalmente um dispositivo de compressão 410A (que compreende um compressor 412, uma turbina 413, uma turbina 414, um ventilador 416 e uma haste 418), junto com um caminho para um meio denotado por linhas ponto-tracejadas F4.1 e F4.2. O sistema de controle ambiental 400A opera de modo similar ao sistema de controle ambiental 200A visto que diferentes pontos de mistura são utilizados com base no modo de operação.

[0051] Além disto, quando o meio está sendo fornecido da câmara 102 (por exemplo, ar que deixa um volume pressurizado, cabine da aeronave, ou cabine da plataforma de voo da aeronave), o meio pode ser referido como ar de descarga de câmara (também conhecido como ar de descarga de cabine). Observar que, numa ou mais modalidades, uma exaustão do ar de descarga de cabine do sistema de controle ambiental 400A pode ser liberada através do casco 119 (por exemplo, F4.1) ou enviada para um sistema de controle de pressão de cabine, ou fornecida para a turbina 414 (por exemplo, F4.2).

[0052] Adicionalmente, em operação de alta altitude, o ar exterior fresco pode ser misturado a jusante da turbina 413 ao invés de a montante e a energia no ar de descarga de cabine pode ser usada para alimentar o compressor 414 utilizando a turbina 414. Ou seja, a turbina 414 pode ser alimentada com ar quente através da válvula V3 de modo que o compressor 412 receba potência do ar de sangria e do ar de descarga de cabine.

[0053] As Figuras 4B e 4C ilustram variações do sistema de controle ambiental 400A. Na Figura 4B, uma esquematização de um sistema de controle ambiental 400B (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 400A) é representada de acordo com uma modalidade. O sistema de controle ambiental 400B inclui um dispositivo de compressão 410B que compreende um componente 479 e um componente 280. O componente 479 compreende o compressor 412, a turbina 413, a turbina 414 e a haste 418. Na Figura 4C, uma esquematização de um sistema de controle ambiental 400C (por exemplo, uma modalidade do sistema de controle ambiental 400A) é representada de acordo com uma modalidade. O sistema de controle ambiental 400C inclui um dispositivo de compressão 410C que compreende um componente 479 e um componente 290. Os sistemas de controle ambiental 400B e 400C operam de modo similar ao sistema de controle ambiental 400A visto que diferentes pontos de mistura são utilizados com base no modo de operação.

[0054] A Figura 5 ilustra uma esquematização de um sistema de controle ambiental 500 como uma variação dos sistemas de controle ambiental 400A, 400B e 400C de acordo com uma modalidade. Os componentes dos sistemas 100 e 400A, 400B e 400C que são semelhantes ao sistema de controle ambiental 400 foram reutilizados para facilidade de explicação, com o uso dos mesmos identificadores, e não são reintroduzidos. O sistema de controle ambiental 400 inclui o dispositivo de compressão 410A que compreende uma configuração de múltiplos bocais 590. As múltiplas bocais 590 permite uma área de bocal variante com base nas condições que circundam a aeronave sem a complicação adicionada de turbina de área variável. As operações e disposições da configuração de múltiplos bocais 590 são similares à configuração de múltiplos bocais 390 da Figura 3A e às configurações de bocal 391, 392, 392, 394 da Figura 3B.

[0055] Voltando agora para as Figuras 6, 7, 8 e 9, uma esquematização de sistemas de controle ambiental 600, 700, 800 e 900 (por exemplo, modalidades dos sistemas acima) são representadas, visto que podem ser instalados numa aeronave. Em funcionamento, os sistemas de controle ambiental 600, 700, 800 e 900 misturam ar fresco com ar de sangria. Os componentes dos sistemas acima que são semelhantes aos sistemas de controle ambiental 600, 700, 800 e 900 foram reutilizados para facilidade de explicação, com o uso dos mesmos identificadores, e não são reintroduzidos.

[0056] A Figura 6 é um diagrama de uma esquematização do sistema de controle ambiental 600 que inclui pelo menos um ponto de mistura M6 de acordo com uma modalidade. O sistema de controle ambiental 600 inclui um terceiro trocador de calor 660 (por exemplo, um condensador) situado a jusante do trocador de calor primário 120 num caminho de fluxo do ar de sangria e situado a montante do ponto de mistura M6.

[0057] A Figura 7 é um diagrama de uma esquematização do sistema de controle ambiental 700 que inclui pelo menos um ponto de mistura M7 de acordo com uma modalidade. O sistema de controle ambiental 700 inclui um terceiro trocador de calor 760 (por exemplo, um condensador) situado a jusante do trocador de calor secundário 130 num caminho de fluxo do ar fresco e situado a montante do ponto de mistura M7.

[0058] A Figura 8 é um diagrama de uma esquematização do sistema de controle ambiental 800 que inclui pelo menos um ponto de mistura M8 de acordo com uma modalidade. O sistema de controle ambiental 800 inclui um terceiro trocador de calor 860 (por exemplo, um condensador) a jusante do ponto de mistura M8.

[0059] A Figura 9 é um diagrama de uma esquematização do sistema de controle ambiental 800 que inclui pelo menos um ponto de mistura M9 de acordo com uma modalidade. O sistema de controle ambiental 900 inclui o primeiro, o segundo e o terceiro trocadores de calor 920, 930 e 960. O primeiro trocador de calor 920 pode ser similar a um trocador de calor de ar de impacto 920 (por exemplo, numa modalidade, este pode ser um trocador de calor de ar de impacto único). O segundo trocador de calor 930 pode ser similar a um trocador de calor de efluxo 230. O terceiro trocador de calor 960 pode ser similar a um condensador 160. Observar que o primeiro trocador de calor 920 está situado a jusante do ponto de mistura M9.

[0060] Os aspectos das modalidades são descritos no presente documento com referência a ilustrações de fluxograma, esquemáticos e/ou diagramas de blocos de métodos, aparelho e/ou sistemas de acordo com as modalidades. Além disto, as descrições das várias modalidades foram apresentadas para fins de ilustração, mas não se destinam a serem exaustivas ou limitadas às modalidades divulgadas. Muitas modificações e variações serão evidentes àqueles versados na técnica sem afastamento do escopo e do espírito das modalidades descritas. A terminologia usada aqui foi escolhida para melhor explicar os princípios das modalidades, a aplicação prática ou o aprimoramento técnico sobre tecnologias encontradas no mercado, ou para permitir que outros versados na técnica entendam as modalidades aqui divulgadas.

[0061] A terminologia usada no presente documento tem como propósito descrever modalidades particulares apenas e não se destina a ser limitante. Conforme usado no presente documento, as formas singulares "um", "uma" e "o/a"são destinadas a incluir as formas plurais também, a menos que o contexto claramente indique o contrário. Será ainda compreendido que os termos “compreende” e/ou “compreendendo”, quando usados neste relatório descritivo, especificam a presença de características indicadas, números inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes, mas não impossibilita a presença ou adição de uma ou mais outras características, números inteiros, etapas, operações, componentes de elemento e/ou grupos dos mesmos.

[0062] Os diagramas de fluxo aqui representados são apenas um exemplo. Pode haver muitas variações neste diagrama ou nas etapas (ou operações) descritas nas mesmas sem afastamento do espírito das modalidades deste documento. Por exemplo, as etapas podem ser realizadas numa ordem diferente ou etapas podem ser adicionadas, excluídas ou modificadas. Todas estas variações são consideradas como parte das reivindicações.

[0063] Embora a modalidade preferencial tenha sido descrita, será entendido que os versados na técnica, tanto agora quanto no futuro, podem fazer vários aperfeiçoamentos e intensificações as quais caem dentro do escopo das reivindicações que se seguem. Estas reivindicações devem ser interpretadas para manter a proteção adequada.

Claims

1. Aeronave, caracterizadapelo fato de que compreende: um primeiro meio; um segundo meio; e, um sistema de condicionamento de ar que compreende: uma primeira turbina; um compressor situado a montante da turbina num caminho de fluxo do primeiro meio; um ponto de mistura no qual o primeiro meio se mistura com o segundo meio; um trocador de calor configurado para rejeitar calor do primeiro meio a um terceiro meio; e, um segundo trocador de calor configurado para rejeitar calor do segundo meio ao terceiro meio; em que o ponto de mistura está a jusante do compressor e a montante da turbina; em que o ponto de mistura está situado a jusante do trocador de calor e do segundo trocador de calor.

2. Aeronave de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: um terceiro trocador de calor situado a jusante do trocador de calor no caminho de fluxo do primeiro meio e situado a montante do ponto de mistura.

3. Aeronave de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: um terceiro trocador de calor situado a jusante do segundo trocador de calor num caminho de fluxo do segundo meio e situado a montante do ponto de mistura.

4. Aeronave de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: um terceiro trocador de calor a jusante do ponto de mistura.

5. Aeronave de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: um fluxo de um quarto meio.

6. Aeronave de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o quarto meio compreende ar de descarga de cabine.

7. Aeronave de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: um quarto trocador de calor que rejeita calor do primeiro meio para o quarto meio.

8. Aeronave de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma segunda turbina configurada para receber um fluxo do quarto meio e para alimentar o compressor.

9. Aeronave de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um trocador de calor de ar de impacto único situado a jusante do ponto de mistura.

10. Aeronave de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro meio compreende ar de sangria, e em que o segundo meio compreende ar fresco.