BR102017018549B1 - Regulagem de fluxo de ar para sistema de ar condicionado de aeronaves - Google Patents

Abstract

Trata-se de um sistema de ar condicionado para uma aeronave que regula o fluxo de ar de purga extraído do motor avaliando uma pluralidade de parâmetros que indicam as condições reais de operação da aeronave, o ambiente externo e as capacidades de desempenho do sistema, visando reduzir substancialmente a demanda de ar de purga extraído do motor (redução de consumo de combustível) e cumprindo simultaneamente os requisitos de pressurização, ventilação e carga térmica. O fluxo de ar do ECS é otimizado com base nas condições de operação da aeronave e no ambiente externo. Então, o fluxo de ar do ECS é mais otimizado ainda com base nas capacidades de desempenho do sistema, ajustando a temperatura de saída do sistema de ar condicionado para valores mais baixos ou mais altos e depois regulando o fluxo de ar do ECS através da válvula de controle de fluxo para atender também ao desempenho termodinâmico necessário para manter adequadamente o ambiente da cabine da aeronave.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A tecnologia se relaciona a um sistema de ar condicionado de aeronaves (sistema de controle de ambiente). Em mais detalhes, a tecnologia se refere aos controles adaptativos para reduzir o fluxo de ar purgado extraído do motor para a cabine de aeronave com base em parâmetros, tais como as condições operacionais das aeronaves, o ambiente externo e as capacidades de desempenho do equipamento de refrigeração/aquecimento.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Os sistemas de ar condicionado e pneumáticos das aeronaves, conforme descrito em SAE ARP85F, são tipicamente usados em aeronaves comerciais subsônicas para manter condições ambientais adequadas dentro da cabine da aeronave. O sistema geralmente compreende um arranjo de equipamentos, controles e indicações que fornecem e distribuem o ar condicionado para a cabine e os compartimentos da aeronave, de forma a evitar o superaquecimento ou sobreaquecimento devido ao equilíbrio termodinâmico dos compartimentos. Tais sistemas contemplam e consideram a transferência de calor do corpo dos ocupantes, a radiação solar, a dissipação térmica do equipamento elétrico e a convecção com a temperatura do ar ambiente externo. Além disso, o sistema de ar condicionado fornece uma quantidade de ar fresco na cabine da aeronave para garantir a qualidade do ar mantendo os níveis de gases como oxigênio, dióxido de carbono, monóxido de carbono e também suporta a pressurização da cabine da aeronave.

[0003] Em algumas aplicações não limitativas, pode ser desejável otimizar, reduzir ou minimizar o consumo de fluxo de ar purgado desviado dos motores da turbina a gás (reduzindo o consumo de combustível).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0004] A descrição detalhada a seguir das modalidades não limitadoras exemplificadoras deve ser lida em conjunto com os desenhos, em que:

[0005] A figura 1 é um diagrama de blocos de um exemplo não limitativo de aeronave que inclui um sistema de controle de ambiente.

[0006] A figura 2 mostra um exemplo de estratégia de controle adaptativo de dois circuitos não limitativos para desenvolver um sinal de controle de alvo do fluxo de ar do ECS para instruir as válvulas de controle de fluxo.

[0007] A figura 3 mostra um diagrama de blocos funcional da unidade de controle de ambiente (ECU) da figura 1, que inclui um controlador e fornece uma válvula de controle de fluxo (FCV) como parte de uma unidade de condicionamento de ar.

[0008] A figura 4A mostra um exemplo de curva do cronograma de fluxo ECS comumente utilizada, que tem uma altitude de voo baseada em valores fixos.

[0009] A figura 4B é um exemplo de cronograma de fluxo do ECS 4D, que fornece uma tabela de consulta 4D baseada em valores de fluxo de ar.

[0010] A figura 5 mostra um diagrama de fluxograma do exemplo de lógica não limitativa para calcular e compensar o alvo do fluxo de ar do ECS executado pelo controlador da figura 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES NÃO LIMITATIVAS

[0011] Em aeronaves, como mostrado na figura 1, o sistema de controle de ambiente recebe alta pressão, ar de alta temperatura do compressor dos motores principais (ar de purga). O cronograma de fluxo de ar controlado do ECS é dimensionado para atender simultaneamente aos requisitos de ventilação (FAR/JAR 25.831), pressurização e cargas térmicas, para todo o envoltório operacional da aeronave. Normalmente, o cronograma de fluxo de ar do ar condicionado é fixo e proporcional à altitude do voo da aeronave e o sistema de controle de ambiente controla a temperatura do ar de abastecimento através da unidade de ar condicionado para manter adequadamente as condições ambientais da cabine.

[0012] Se o cronograma de fluxo de ar condicionado fosse proporcional somente à altitude de voo, o cronograma seria dimensionado para atender aos extremos do envoltório opracional e ambiente da aeronave, levando, consequentemente, a um consumo de fluxo de ar máximo e desnecessário do motor. Consumir muito ar de purga pode ter desvantagens, incluindo a redução da eficiência do motor e aumento do consumo de combustível.

[0013] O exemplo não limtiativo da tecnologia atinge a demanda por o fluxo de ar do ECS reduzido através de entradas que afetam o fluxo de ar fresco e os requisitos de carga térmica, com um mapa de cronograma de fluxo 4D (número de ocupantes, TAT ou temperatura total do ar, altitude de voo e alvo do fluxo de ar do ECS).

[0014] Depois disso, este fluxo obtido é compensado por um segundo circuito de controle que modifica a estrutura de um ECS tipicamente controlado, mas obtém o mesmo desempenho termodinâmico (isto é, em vez de ajustar o fluxo e controlar a temperatura de saída do equipamento de resfriamento/aquecimento, as modalidades não limitativas ajustam a temperatura de saída do equipamento de resfriamento/aquecimento e controlam o fluxo).

[0015] Um sistema de controle de ambiente para uma aeronave regula o fluxo de ar de purga extraído do motor avaliando uma pluralidade de parâmetros que indicam as condições reais de operação da aeronave, o ambiente externo e as capacidades de desempenho do equipamento de refrigeração/aquecimento, visando reduzir substancialmente a demanda de fluxo de ar de purga extraído do motor e cumprindo com os requisitos de pressurização, ventilação e carga térmica.

[0016] Uma lógica de controle adaptativo no controlador do sistema avalia as condições reais de operação da aeronave, o ambiente externo e as capacidades de desempenho do equipamento de refrigeração/aquecimento e regula a demanda de fluxo de ar do ECS com base nessas entradas/parâmetros. Um circuito de controle de dois passos para o sistema de controle de ambiente da aeronave fornece regulação do fluxo de ar do ECS. Um primeiro circuito de controle otimiza a demanda de fluxo de ar do ECS considerando as condições reais de operação da aeronave e o ambiente externo. O segundo circuito compensa e otimiza a demanda de fluxo de ar do ECS, regulando o fluxo de ar do ECS e ajustando a temperatura de saída da unidade de ar condicionado, considerando as capacidades de desempenho do equipamento de resfriamento/aquecimento.

[0017] As condições de operação da aeronave são avaliadas através da obtenção do número de ocupantes no presente voo a partir do sistema aviônico da aeronave e da medição das temperaturas ambientais atuais da cabine e da cabine de pilotagem através dos sensores de temperatura instalados nos compartimentos. As condições ambientais externas são avaliadas com base na altitude atual do voo da aeronave e na temperatura total do ar medida pelos sensores externos. Em última análise, as capacidades do sistema são avaliadas pelo controlador do sistema considerando o desempenho do equipamento de resfriamento/aquecimento.

[0018] Como mostrado na figura 2, o primeiro circuito de controle primário 202 avalia o alvo do fluxo de massa de ar do ar condicionado avaliando três valores: (a) o número de ocupantes (que é obtido a partir da avionica da aeronave, tipicamente com base na entrada fornecida pelo piloto ou pela tripulação de voo); (b) Temperatura Total do Ar (TAT) (medida por um sensor externo e montado na fuselagem, e indicativo da temperatura de estagnação do ar ambiente externo fora da aeronave); e (c) Altitude de Voo. O resultado desse controle adaptativo é um mapa de cronograma de fluxo de massa de ar de quatro dimensões (4D). O controlador usa a temperatura do ar externo, a altitude da aeronave e o número de ocupantes para determinar o alvo do fluxo de ar do ECS para entrar na cabine da aeronave e a demanda de fluxo de escape associada. O circuito de controle primário 202 calcula o fluxo de ar com base na altitude de voo real e compensa a temperatura real de estagnação do ar externo e o número de ocupantes. O circuito de controle primário 202 usa uma tabela de consulta de quatro dimensões que fornece um cronograma de fluxo de ar em massa baseado nas três entradas/parâmetros. O circuito de controle primário 202 calcula um mapa de cronograma 4D com fluxo de ar do ECS que controlará a quantidade de fluxo de ar do ECS a ser fornecida à cabine.

[0019] O fluxo de ar do ECS cumpre simultaneamente os requisitos de ventilação, carga térmica e fluxo de ar exigidos pelos regulamentos da FAA.

[0020] O circuito de controle primário 202 pode executar a sua operação independentemente do segundo circuito de controle 250. O circuito de controle primário 202 pode ser utilizado e/ou aplicado na aeronave sem o circuito de controle secundário 250. O fluxo de ar do ECS é validado com base na configuração do sistema e em comparação com os requisitos de ventilação, carga térmica e pressurização e é ajustado em conformidade para atender simultaneamente a esses requisitos. Desta forma, o fluxo de ar do ECS fornecido pelo circuito de controle primário 202 evita que o sistema opere fora dos limites regulados. Se for observado qualquer problema que afete o circuito de controle primário 202, o sistema retorna automaticamente ao cálculo de fluxo de ar do ECS padrão (típico) com base somente na altitude de voo.

[0021] A saída do primeiro circuito de controle 202 é então avaliada, caso ainda seja possível realizar uma otimização adicional 252. Na modalidade exemplificativa não limitativa, um segundo circuito de controle adaptativo 250 avalia o desempenho atual que está sendo usado na unidade de ar condicionamento. O controle do ar condicionado é então alterado. Em vez de regular a temperatura de saída da máquina, o circuito de controle secundário 250 regula a temperatura para valores inferiores ou superiores e, em seguida, regula o fluxo de ar através da válvula de controle de fluxo para ainda atender ao desempenho termodinâmico necessário para manter adequadamente o ambiente da cabine da aeronave. Mais detalhadamente, dado o alvo do fluxo de ar do ECS já calculado determinado para cumprir os regulamentos aplicáveis, o circuito secundário 250 usa o sensor de temperatura da cabine para compensar o alvo do fluxo de ar do ECS já calculado com base nas leituras de temperatura atuais. A compensação é usada para alterar o alvo do fluxo de ar do ECS em resposta à temperatura medida. O circuito de controle secundário 250 executa avaliação adaptativa adicional (cálculos) 252 para determinar se o fluxo de ar do ECS requerido de outra forma pode ser compensado ou otimizado. Se assim for, o circuito de controle secundário 250 calcula um fluxo de ar do ECS compensado para uso como um sinal de controle para as válvulas de controle de fluxo. Caso contrário, a saída do circuito de controle primário 202 é passada diretamente para controlar o fluxo de ar do ECS, e o circuito de controle secundário 252 é ignorado.

[0022] O fluxo de ar do ECS compensado é validado com base na configuração do sistema e comparado com os requisitos de ventilação, carga térmica e pressurização e é ajustado em conformidade para atender simultaneamente a esses requisitos.Desta forma, a otimização que o circuito de controle secundário 250 fornece impede que o sistema opere fora dos limites regulados. A saída da combinação de circuitos de controle adaptativo 202, 250 é o fluxo de massa de ar de purga otimizado para dada operação que ainda está em conformidade com os requisitos e objetivos de ventilação, pressurização e carga térmica da aeronave.

[0023] O circuito de controle secundário 250 pode realizar a sua operação de compensação independentemente do primeiro circuito de controle 202. Isto, por exemplo, permite que o circuito de controle secundário 250 seja adicionado a um sistema existente sem requerer o primeiro circuito de controle 202. Se algum problema que afeta o circuito de controle secundário 250 é observado, o sistema retorna automaticamente ao cálculo de fluxo de ar do ECS padrão (típico) com base somente na altitude de voo. Em outras implementações, os circuitos de controle primário e secundário 202, 250 podem ser combinados em um único circuito de controle geral que considera todas as entradas. Se for observado qualquer problema que afete o circuito de controle primário e/ou secundário 202, 250, o sistema retorna automaticamente ao cálculo de fluxo de ar do ECS padrão (típico) com base somente na altitude de voo.

[0024] O circuito de controle secundário 250 opera de forma contínua e recursiva para recalcular o alvo do fluxo de ar do ECS otimizado compensado com base na entrada de temperatura da cabine recebida e com base em qualquer fluxo de massa de ar atualizado que o primeiro circuito de controle 202 fornece. O circuito de controle secundário 250 pode ser repetido relativamente rapidamente (por exemplo, uma ou várias vezes por segundo, com qualquer histerese necessária fornecida para evitar o funcionamento indevidamente repetitivo das válvulas de controle de fluxo e desgaste associado). Por exemplo, se o alvo do fluxo de ar do ECS compensado resultar em temperatura de cabine incorreta (muito alta ou muito baixa), o circuito de controle secundário 250 adapta e corrige o alvo do fluxo de ar do ECS compensado em resposta à entrada do sensor. Da mesma forma, se o primeiro circuito de controle 202 muda o fluxo de ar do ECS instruído, o circuito de controle secundário 250 se adaptará calculando um novo fluxo de ar do ECS compensado correspondente.

Explicação mais detalhada

[0025] A figura 1 ilustra os mecanismos de trabalho de uma aeronave que inclui uma unidade de controle ambiental 105 e como tais aeronaves podem manter requisitos de pressurização, ventilação e carga térmica durante operações terrestres e de voo. A temperatura e a pressão do ar dentro da fuselagem 101 da aeronave são controladas por componentes do sistema de controle de ambiente dentro e fora da aeronave na figura 1. Esses componentes mantêm bom fluxo de ar, pressurização e temperatura dentro da aeronave para manter a vida e o conforto humano mesmo quando a aeronave está voando em altitudes elevadas de baixa pressão e temperatura do ar ambiente externo.

[0026] O ar externo de uma aeronave que voe a 30.000 pés (9,14 km) pode ser -48 graus Fahrenheit (-44,4°C) e apenas na ordem de 4 libras por polegada quadrada (27,579.04 pascal). Apesar deste ambiente hostil, os componentes do sistema de manuseio de ar da aeronave mantêm a pressão de cerca de 8 libras por polegada quadrada (55,158.07 pascal) e 68 graus Fahrenheit (20°C) (regulado pela tripulação de voo) com uma mistura adequada de oxigênio para outros gases, incluindo o vapor d’água dentro da cabine pressurizada.

[0027] A fuselagem 101 define uma cabine de voo 103 e zonas de cabine (106a-106g). As zonas de cabine 106 são ocupadas por passageiros e a cabine de voo 103 é ocupada pela tripulação. O número de ocupantes humanos a bordo da aeronave afeta a demanda do sistema de tratamento de ar porque: (a) os seres humanos inalam O2 e exalam CO2 e vapor de água durante a respiração normal, (b) os corpos humanos irradiam calor que aquece a atmosfera dentro da fuselagem 101 e (c) requisito mínimo de fluxo de ar fresco. O número de ocupantes é um fator usado para determinar os requisitos de demanda e ventilação do sistema de tratamento de ar.

[0028] A operação normal de um motor a jato de turbina a gás 102, 104 produz ar que é simultaneamente comprimido (alta pressão) e aquecido (alta temperatura). Com mais detalhes, um motor de turbina a gás 102, 104 utiliza um compressor de ar de fase inicial para alimentar o motor com ar comprimido. Os projetistas de aeronaves aprenderam há muito tempo que é possível purgar parte deste ar aquecido comprimido de certos estágios de compressão dos motores operacionais de turbina a gás 102, 104 e usá-lo para outros fins (por exemplo, pressurização da cabine e manutenção da temperatura) sem afetar o motor operação e eficiência. Enquanto a aeronave está voando, os próprios motores 102, 104 proporcionam uma fonte conveniente de ar quente pressurizado para manter a temperatura e a pressão da cabine.

[0029] Um sistema de controle de ambiente, tal como mostrado na figura 1 pode controlar automaticamente a quantidade de ar ECS misturado com ar de recirculação para manter a temperatura, pressão e umidade adequadas da cabine. Muitas vezes, é desejável minimizar ou otimizar o uso de ar do ECS para reduzir o fluxo de ar sendo purgado dos motores 102, 104.

[0030] Durante a opeação de solo da aeronave, as fontes de ar de purga incluem, mas não estão limitadas a, a APU 116 e as fontes pneumáticas do solo 118. Durante a operação do voo da aeronave, as fontes de ar de purga incluem, mas não estão limitadas aos motores esquerdos 102 e direitos 104 e APU 116.

[0031] O ar de purga fornecido pela APU 116, a fonte pneumática à terra 118, os motores esquerdos 102, os motores direitos 104 é fornecido através do coletor de fluxo de ar de purga e reguladores de pressão associados e limitadores de temperatura para as unidades de ar condicionado 108 da aeronave. As unidades de ar condicionado 108 também podem misturar o ar recirculado das zonas de cabine 106a-106g e a cabine de voo 103 com o ar de purga das fontes mencionadas anteriormente. Um controlador da unidade de controle de ambiente 110 controla as válvulas de controle de fluxo 114 para regular a quantidade de ar de purga fornecida às unidades de ar condicionado 108. As válvulas de purga 125 são usadas para selecionar as fontes de purga.

[0032] As unidades de ar condicionado e de distribuição recebem e proporcionam uma mistura desejada de ar fresco purgado e ar recirculado. Neste contexto, o termo "ar condicionado" não se limita ao arrefecimento, mas se refere à preparação de ar para introdução no interior da fuselagem 101 da aeronave. As unidades de ar condicionado 108 e as válvulas de controle de fluxo 114 regulam o fluxo de massa de ar e a temperatura dentro das zonas de cabine 106a-106g e a cabine de voo 103 e também mantêm uma atmosfera adequada para a carga 127, 129.

[0033] Pode haver uma unidade de controle de ambiente redundante 105 (por exemplo, uma para a cabine de pilotagem e outra para a cabine de passageiros). Em uma modalidade exemplificativa, cada ECU 105 compreende uma unidade de ar condicionado 108 que inclui um permutador de calor duplo, uma máquina de ar (compressor, turbina e ventilador), um condensador, um separador de água e dispositivos de controle e proteção relacionados. O ar de purga de controle automático do sistema pneumático fornece a ECU 105. Dentro da ECU 105, o fluxo de ar do ECS é dividido em duas linhas: uma linha fria passa para a Máquina de Ciclo de Ar e uma linha quente ignora a Máquina do Ciclo do Ar. Na máquina de ciclo de ar (ACM), o ar é arrefecido no permutador de calor primário e passa pelo compressor causando um aumento de pressão. O ar arrefecido passa então para o permutador de calor secundário onde é novamente arrefecido. Depois de deixar o permutador de calor secundário, o ar arrefecido de alta pressão passa por um condensador e um separador de água para remoção de água condensada. O fluxo de ar principal de purga é conduzido para a turbina e expandido para fornecer fluxo de ar frio e energia para o compressor e o ventilador de refrigeração. O fluxo de ar frio é misturado com o ar quente fornecido pelo ventilador de recirculação e/ou com o ar de purga quente derivado imediatamente após a saída da turbina.

[0034] O controlador da unidade de controle de ambiente (ECU) 110 pode manter os requisitos de pressurização, ventilação e carga térmica fornecendo instruções/comandos adequados em sinais de controle. O controlador da unidade de controle de ambiente 110 recebe a entrada dos sensores 120 nas zonas de cabine 106a-106g, a cabine de voo 103. O piloto ou tripulação também introduz parâmetros tais como número de ocupantes e a temperatura desejada da cabine. Com base nestes e outros parâmetros, o controlador 110 da unidade de controle de ambiente calcula um alvo do fluxo de ar do ECS adequado para controlar as válvulas de controle de fluxo 125. O controlador da ECU 110 fornece a unidade de ar condicionado 108 com instruções/comandos/sinais de controle 111 para controlar as válvulas de controle de fluxo 125 e outros aspectos de operação do sistema. O sistema geralmente inclui circuitos necessários e processamento adicional para fornecer os sinais de direcionamento requeridos para as válvulas de controle de fluxo 125.

[0035] O controlador 110 da unidade de controle de ambiente tem a competência para registrar o fluxo de ar do ECS necessário para a aeronave, enquanto ajusta continuamente o fluxo. As unidades de ar condicionado 108 da aeronave recebem sinais de controle do controlador de unidade de controle ambiental 110 e podem proporcionar um fluxo de massa de ar adequado para as zonas de cabine 106a-106g, a cabine de voo 103, o compartimento de carga dianteiro 127 e o compartimento de carga traseiro 129, Enquanto simultaneamente recircula ar dentro da aeronave.

[0036] O sistema de controle ambiental (ECS) compreende, mas não se limita a uma disposição da ECU (unidade de ar condicionado, controlador e válvula de controle de fluxo), sensores, canais de distribuição de fluxo de ar, ventiladores de recirculação, filtros EPA, uma pluralidade de sinais e indicações, etc.

[0037] A figura 3 mostra um diagrama de blocos funcional do modalidade exemplificativa não limitativa que mostra os sinais de entrada e de controle. A figura 3 representa a relação entre as unidades de ar condicionado 108 e o controlador da unidade de controle ambiental 110 e como tais componentes proporcionam fluxo de massa de ar para a cabine de aeronave 106. A unidade de controle de ambiente 105 compreende: um controlador 110, válvulas de controle de fluxo (FCV) 125 e as unidades de ar condicionado 108. O controlador 110 pode fornecer a FCV 125 e as unidades de ar condicionado 108 com um alvo de fluxo de massa ao medir uma pluralidade de parâmetros com os sensores 120 da aeronave e também recebe entradas do sistema de aviônica de aeronave 122. Quando o controlador 110 recebe um alvo do fluxo de ar do ECS, toda a unidade 105 fornece um fluxo de ar do ECS ajustado para a cabine da aeronave 106.

[0038] Para facilitar a divulgação, as variáveis nas figuras 3 e 5 estão listadas e descritas abaixo:

[0039] A figura 2 mostra um diagrama de lógica usado para calcular o alvo do fluxo de ar do ECS executado pelo controlador 110 na figura 3. O controlador 110 executa dois circuitos principais: um circuito de controle primário 202, que calcula o mapa de cronograma 4D baseado no alvo do fluxo de fluxo do ECS, e um circuito de controle secundário 250, que compensa o alvo do fluxo de ar calculado do ECS a partir do circuito de controle primário para fornecer um sinal do alvo do fluxo de ar do ECS. O sinal de controle do alvo do fluxo de ar do ECS é então enviado para a FCV 125 e a Unidade de Ar Condicionado 108 para controlar o fluxo de ar de purga. O algoritmo do controlador compreende esses dois circuitos de controle que constantemente calculam e compensam o alvo à medida que o ambiente e outras condições de operação da aeronave mudem.

[0040] A figura 4A mostra um exemplo de curva de cronograma de fluxo ECS comumente utilizada, que possui um valor de fluxo de ar fixo para cada altitude de voo baseada em altitude versus mapa do fluxo de ar.

[0041] A figura 4B é um exemplo do cronograma de fluxo do ECS 4D, que fornece valores de fluxo de ar com base na altitude de voo, temperatura total do ar e número de ocupantes.

[0042] Em algumas operações, a demanda do fluxo de ar é afetada pela configuração do sistema da aeronave, como sistema antigelo, falha dos sistemas de ar condicionado e pneumático, e etc.

[0043] A figura 5 mostra um diagrama mais detalhado da lógica utilizada para calcular o alvo do fluxo de ar do ECS dentro do controlador 110. Essa lógica pode ser implementada por instruções de software armazenadas em memória não transitória e executadas por um ou mais microcomputadores ou microprocessadores. Os circuitos 202, 250 podem ser executados pelo mesmo processador ou por diferentes processadores.

[0044] O circuito de controle primário 202 pode proporcionar um alvo do fluxo de ar do ECS através de três passos. O circuito de controle primário 202 usa um arranjo de entradas 204 para calcular o mapa de cronograma 4D baseado no fluxo de ar do ECS 206. Uma vez que o circuito de controle primário 202 calcula o mapa de cronograma 4D baseado em fluxo do ECS, o circuito de controle também verifica usando parâmetros armazenados para manter a pressurização necessária, requisitos de ventilação e carga térmica 208. Em seguida, o circuito de controle primário 202 envia um sinal para a avaliação adaptativa adicional do controle secundário (cálculo) 252 para determinar se o fluxo de ar do ECS de outra forma requerido possa ser compensado ou otimizado.

[0045] O circuito de controle secundário 250 constantemente compensa o alvo do fluxo de ar calculado do ECS 206. O circuito de controle primário 202 envia o sinal de mapa de cronograma 4D baseado no alvo do fluxo de ar do ECS para um bloco de processamento 258 (após passar por 208, 252) que também recebe entradas do sensor de temperatura da cabine. O bloco de processamento do circuito de controle secundário 258 otimiza o consumo de fluxo de purga, regulando o fluxo de ar do ECS e ajustando a temperatura de saída da unidade de ar condicionado. O sinal de alvo do fluxo de ar do ECS compensado 256 é então enviado para um bloco de verificação 254, onde o circuito de controle mantém os requisitos de pressurização, ventilação e carga térmica requeridos. Uma diferença entre o circuito de controle primário 202 e o circuito de controle secundário 250 é que o circuito primário calcula o mapa de cronograma 4D baseado no alvo do fluxo de fluxo ECS. O alvo do fluxo de ar do ECS é então enviado através de um sinal para o circuito de controle secundário 250 para ser compensado. O circuito de controle secundário 250 compensa o alvo do fluxo de ar do ECS. As válvulas de controle de fluxo 125 e as unidades de ar- condicionado 108 recebem então, o sinal alvo do fluxo compensado, somente então o sistema fornece o fluxo de massa de ar apropriado para a cabine da aeronave.

[0046] Embora a invenção tenha sida descrita em conexão com o que se considera presentemente serem as modalidades mais práticas e preferenciais, deve-se compreender que a invenção não deve ser limitada às modalidades reveladas, porém, ao contrário, é destinada a abranger várias modificações e disposições equivalentes incluídas dentro do espírito e escopo das reivindicações em anexo.

Claims (22)

1. Controlador (110) para controlar a atmosfera dentro de uma cabine de uma aeronave (106), o controlador sendo CARACTERIZADO por compreender pelo menos um processador configurado para executar: um circuito de controle primário (202) configurado para: (a) calcular um alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental baseado em um baseado em um mapa de cronograma de fluxo de ar multidimensional incluindo altitude, o número de ocupantes e a temperatura externa do ar, e (b) verificar o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental calculado contra pelo menos um limite de pressurização, um circuito de controle secundário (250) conectado para receber o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental calculado, o segundo circuito de controle configurado para: (i)definir uma temperatura fixa de saída do fluxo de ar do sistema de controle ambiental com base em capacidades de desempenho do sistema de ar-condicionado, (ii)ajustar o alvo de fluxo de ar contra pelo menos um limite de pressurização, e (iii) emitir um sinal de controle de alvo de fluxo de ar aparado verificado para controlar uma válvula de controle de fluxo.

2. Controlador de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um processador é também configurado para receber um sinal de sensor indicando uma temperatura dentro da cabine (106) e executar o circuito de controle secundário (250) para ajustar e validar o alvo do fluxo de ar, o circuito de controle secundário (250) sendo configurado para adaptavelmente regular fluxo de massa de ar de entrada através da válvula de controle de fluxo.

3. Método para controlar a atmosfera dentro de uma aeronave, CARACTERIZADO por compreender: calcular e validar um alvo do fluxo; ajustar e revalidar um alvo do fluxo anterior; enviar um sinal de controle de alvo do fluxo de ar para componentes do sistema; e usar o sistema de controle de ambiente para controlar a atmosfera dentro da aeronave, onde o alvo do fluxo de ar é calculado e validado em um primeiro circuito de controle, e em que um circuito de controle secundário diferente do primeiro circuito de controle é usado para reduzir e revalidar o alvo do fluxo de ar de entrada contra pelo menos uma pressurização, e prover um sinal de controle do alvo do fluxo de ar de entrada baseado no alvo do fluxo de ar de entrada reduzido para controlar o fluxo de ar purgado.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de controle secundário reduz o consumo de fluxo de ar purgado por meio da variação do alvo do fluxo de entrada enquanto fixa uma temperatura de saída da unidade de controle ambiental.

5. Método de acordo com a reivindicação 4 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de controle secundário ajusta a temperatura de saída da unidade de controle de ambiente e regula o fluxo de ar do sistema de controle ambiental baseado no desempenho térmico do sistema de controle ambiental.

6. Método de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a compensação é realizada em resposta à temperatura medida da cabine (106) medida por um sensor dentro da aeronave.

7. Método de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que um circuito de controle primário calcula um alvo do fluxo de entrada baseado no mapa de cronograma de fluxo de ar do sistema de controle ambiental multidimensional e nas condições de operação da aeronave, e também controla a mistura entre fluxo de entrada de ar e ar de recirculação para manter o conforto da cabine 106).

8. Método de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido alvo do fluxo de ar calculado de entrada é baseado na altitude, no número de ocupantes e na temperatura total do ar ambiente.

9. Método de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que independentemente cada sistema de controle primário e secundário valida o alvo do fluxo de ar de entrada baseado nas configurações do sistema.

10. Método de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de incluir ainda, cada sistema de controle primário e secundário independentemente validando o alvo do fluxo de entrada pela comparação dos requisitos de ventilação, carga térmica e pressurização.

11. Controlador para controlar a atmosfera dentro de uma aeronave por meio de um sistema de controle ambiental que provê pelo menos parte da atmosfera dentro da cabine (106), o controlador sendo CARACTERIZADO por compreender pelo menos um processador arranjado para executar instruções compreendendo: um circuito de controle primário (202) configurado para (a) calcular um alvo do fluxo do sistema de controle ambiental baseado no mapa de cronograma de fluxo multidimensional incluindo uma pluralidade de parâmetros; e (b) validar o alvo do fluxo do sistema de controle ambiental contra pelo menos um limite de pressurização; e um sistema de controle secundário (250) configurado para (a) receber o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental e validar pelo circuito de controle primário (202), (b) fixar uma temperatura de saída da unidade de controle ambiental, (c) ajustar o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental calculado que o circuito de controle primário (202) determinar, (d) validar o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental aparado com pelo menos um limite de pressurização, e (e) aplicar o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental aparado validado para modular o fluxo da válvula de controle.

12. Sistema de tratamento de ar, CARACTERIZADO por compreender: um manipulador de ar; e um controlador acoplado a sensores (120) e ao manipulador de ar, em que o controlador utiliza informações de um mapa de cronograma de fluxo de ar 4D e em que o controlador acessa capacidades de desempenho de um equipamento de refrigeração/aquecimento, o controlador compreendendo: um circuito de controle primário (202) configurado para (a) calcular um alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental; (b) controlar a misturada entre fluxo de ar do sistema de controle ambiental e ar de recirculação baseado em uma pluralidade de parâmetros; e (c) validar o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental calculado com pelo menos um limite de pressurização, e um sistema de controle secundário (250) conectado para receber o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental calculado, o controle secundário (250) sendo configurado para (a) definir uma temperatura fixa de saída da unidade de controle ambiental, (b) ajustar o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental em resposta à temperatura medida na cabine (106), (c) validar o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental ajustado com pelo menos um limite de pressurização, e (d) usar o alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental ajustado e validado para controlar o fluxo de ar de purga.

13. Aeronave, CARACTERIZADA por compreender o sistema de tratamento de ar definido na reivindicação 12.

14. Sistema de tratamento de ar de aeronave, CARACTERIZADO por compreender: uma válvula de controle; uma unidade de ar-condicionado; um sistema de controle de ambiente; e pelo menos um processador configurado para performar um circuito de controle primário (202) e um circuito de controle secundário (250), o circuito de controle primário (202) configurado para calcular um fluxo de massa de ar de entrada para controlar a mistura entre o fluxo de massa de ar de entrada e o ar de recirculação da cabine (106) para manter conforto ambiental dentro da cabine (106); e o circuito de controle secundário (250) sendo operativamente conectado para controlar o a válvula de controle de fluxo e a unidade de ar-condicionado, o circuito de controle secundário (250) sendo configurado para gerenciar o uso do ar de purga da unidade de ar-condicionado fixando uma temperatura de saída do sistema de tratamento de ar enquanto ajusta o fluxo de massa de ar de entrada calculado e aplica o sinal de controle de fluxo de massa de ar de entrada ajustado à válvula de controle de fluxo para atender ao desempenho termodinâmico necessário para manter o conforme ambiental dentro da cabine da aeronave (106).

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de controle secundário (250) executa um controle adaptativo otimizando o consumo de fluxo de escape regulando o fluxo de massa de ar do sistema de controle ambiental e estabelecendo a temperatura de saída da unidade de controle de ambiente (110).

16. Sistema de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de controle secundário (250) define a temperatura de saída e regula o fluxo de massa do sistema de controle ambiental, limitado pelas capacidades de desempenho térmico da unidade de ar- condicionado.

17. Sistema de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de controle secundário (250) é ainda estruturado para validar o fluxo do ECS sistema de controle ambiental compensado com base na configuração do sistema.

18. Sistema de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de controle secundário (250) está estruturado para validar o fluxo de ar do sistema de controle ambiental compensado comparando os requisitos de ventilação, carga térmica e pressurização.

19. Sistema de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de controle secundário (250) está estruturado para compensar um alvo do fluxo de ar do sistema de controle ambiental em resposta à temperatura medida da cabine (106).

20. Sistema de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de controle primário (202) calcula o alvo do fluxo de entrada acessando o mapa de cronograma de fluxo de ar do sistema de controle ambiental multidimensional, para controlar o uso do ar de recirculação.

21. Sistema de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de controle primário (202) está estruturado para validar o fluxo calculado do sistema de controle ambiental com base na configuração do sistema.

22. Sistema de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de controle primário (202) está estruturado para validar o fluxo de ar calculado do sistema de controle ambiental comparando os requisitos de ventilação, carga térmica e pressurização.

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