CN100484836C - 导气挡板、调整其位置的方法和包括其的冲压空气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种飞行器的导气挡板，其中，其一个表面面对空气管并处于该空气管中的盛行压力下，而其相对表面处于流过飞行器的相对气流的压力下。该导气挡板包括用于自动打开及关闭导气挡板的致动器，该致动器与用于控制导气挡板的位置的装置相配合。为了使导气挡板上的压力保持得较低，设置有力检测装置，该力检测装置基于空气管中的盛行压力与流过飞行器的相对气流的压力之间的差来检测冲击在致动器上的力。控制装置调整导气挡板的位置，使得在任一时刻冲击在致动器(34)上的力都至少基本上为零。

Description

导气挡板、调整其位置的方法和包括其的冲压空气系统
技术领域
本发明涉及飞行器、特别是飞机的导气挡板，以及包括该导气挡板的冲压空气系统。本发明具体涉及冲压空气逸出挡板，但是本发明的基本原理可以应用至任何导气挡板。
背景技术
特别在布置于飞行器的外部的情况下，飞行器上的导气挡板会处于很强的空气动力中，并处于流经飞机的相对气流的压力下。例如，这关系到作为飞行器的新鲜空气产生系统的一部分的冲压空气系统的冲压空气逸出挡板。
通常通过将称为引气(bleed air)的热发动机空气引导通过用于冷却的空气调节单元并随后将其以所需的温度及所需的压力供给至飞行器座舱而产生供给至飞行器座舱的新鲜空气。采用外部空气作为空气调节单元的冷却介质，在飞行期间，外部空气流过布置在飞行器上的冲压空气进气挡板而进入冲压空气管，然后冲压空气离开该冲压空气管而流过空气调节单元并最终到达空气逸出挡板，经该空气逸出挡板，当前较热的冲压空气再次离开飞行器。通过改变冲压空气逸出挡板的位置，可以控制流过空气调节单元的冷却空气的量。在需要更多冷却空气的情况下，便强制打开冲压空气逸出挡板。然后，通过冲压空气进气挡板的强制打开，冲压空气管的进气开口扩大。通过扩大冲压空气管的进气开口的流通截面，更多的冷却空气进入冲压空气管并到达空气调节单元。在需要较少冷却空气的情况下，便首先强行关闭冲压空气逸出挡板，随后强行关闭冲压空气进气挡板。这就是所谓的主从控制，其中冲压空气逸出挡板是“主”而冲压空气进气挡板是“从”。
该冲压空气逸出挡板的操作的特征在于压力的强烈改变。在冲压空气逸出挡板被强行打开得较大的情况下，其由相对气流的动态压力所引起的外部力(张力)施压。如果相反地冲压空气逸出挡板仅被强行打开得较小，则其由冷却空气流所引起的内部力(压力)施压。这些在飞行器运行期间频繁改变的强压力会导致冲压空气逸出挡板的功能反复发生问题，因此，必须对其定进行期检查以及频繁修理。
为了解决该问题，近来已单纯地省去冲压空气逸出挡板，由此降低了飞行器的制造成本并避免了维护问题，然而，这样做时由于空气调节单元必须比实际所需的更强大因而更为笨重且更为昂贵，所以要提供出能源储备。此外，省去冲压空气逸出挡板会导致运行中飞行器的空气阻力的增加，且由此导致不希望的燃油消耗的增加。
另一可能的解决方案是冲压空气逸出挡板强度足够坚固来抵抗所有产生的压力。然而，这样冲压空气逸出挡板相较以前的会明显更重且更为昂贵，这导致运行及制造成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供对上述问题的解决方案，其中通过使用作为冲压空气逸出挡板的导气挡板，可获得设置冲压空气逸出挡板的优点，即降低飞行器的空气阻力并增强空气调节单元的潜能，且同时不会对制造及运行成本有不利影响。
本发明涉及一种飞行器的导气挡板，其中，该导气挡板面对空气管的其中一个表面处于空气管中的盛行压力下，而其相对表面处于流经飞行器的相对气流的压力下，且该导气挡板包括用于自动打开及关闭该导气挡板的致动器，该致动器与用于控制导气挡板的位置的装置相配合，本发明通过设置力检测装置而基于所述空气管中的盛行压力与流经所述飞行器的相对气流的压力之间的差来检测冲击在该致动器上的力，且其中所述控制装置调整所述导气挡板的位置，使得相应地冲击在所述致动器上的力为零或基本为零。
换言之，根据本发明的导气挡板总是受到调整，从而避免过大的力冲击在其上，进一步来说是冲击在其两侧上的压力，即一方面由相对气流形成的动态压力与另一方面的管中的动态压力基本上彼此相互抵消。以此方式，在每个运行瞬间，冲击在致动器上的力很小或根本不存在。需要理解的是，致动器以及冲击在其上的力并不重要，仅仅对冲击在致动器上的力的测量用于导气挡板压力的直接关联测量。由此，根据本发明，导气挡板的位置根据气动平衡力的原理来进行控制。
在使用这样形成的导气挡板作为飞行器的新鲜空气产生系统的冲压空气逸出挡板的情况下，解决了关于该系统的在开始所列出的问题。由此，通过本发明的优选实施例，导气挡板是冲压空气逸出挡板，而空气管中的压力是动态压力。在冲击在冲压空气逸出挡板上的流经飞行器的相对气流的压力大于冲击在其上的空气管中的动态压力的情况下，强制关闭冲压空气逸出挡板，直至确保所述压力的平衡状态或接近平衡状态。
在根据本发明的另一优选实施例，该优选实施例优选地与刚刚提到的实施例相结合，所述导气挡板还是冲压空气逸出挡板，且在所述空气管中的压力是动态压力。在冲击在冲压空气逸出挡板上的流过飞行器的相对气流的压力小于冲击在其上的空气管中的动态压力的情况下，强制打开冲压空气逸出挡板，直至确保所述压力的平衡状态或接近平衡状态。
一开始所述的问题具体通过一种用于将冲压空气供应至飞行器的辅助组件的冲压空气系统解决，该冲压空气系统包括具有进气开口及逸出开口的冲压空气管，从该冲压空气管获得所述辅助组件所需的冲压空气，该冲压空气系统还包括控制所述进气开口的流通截面的冲压空气进气挡板以及控制所述逸出开口的流通截面的冲压空气逸出挡板，其中，根据本发明，辅助组件所需的冲压空气量通过打开或关闭所述冲压空气进气挡板来进行控制，且进一步地，所述冲压空气逸出挡板是根据上述示例性实施例的其中之一的导气挡板。
采用上述冲压空气系统，根据优选实施例，所述辅助组件是飞行器的新鲜空气产生装置。该新鲜空气产生装置用于使供给至飞行器的客舱及驾驶舱内的空气到达舱压及所需的温度，且优选地，在此情况下，用于冲压空气进气挡板的位置的控制参数是新鲜空气产生装置的压缩机(也称为空气洗涤箱或涡轮冷却器)的输出位置处的温度。在优选的实施例中，进行控制而使得冲压空气进气挡板在压缩机的输出温度超过预定温度值时被强制打开。如果压缩机的输出温度跌落到低于预定温度值时，则冲压空气进气挡板被强制关闭。尽管也可确定一温度值使得超过其会导致冲压空气进气挡板被强制打开，而确定另一温度值使得跌落至低于其会导致冲压空气进气挡板被强制关闭，但上述预定温度值可以是同一温度值。不同于之前的常规方法，通过改变冲压空气管进气开口的流通截面而调整并/或控制所需的冲压空气的量。在为了增加冲击空气的量而将冲压空气管进气开口流通截面扩大(通过强制打开冲压空气进气挡板的开口)的情况下，其使得作用在冲压空气逸出挡板的面对冲压空气管的表面上的压力增加。为了相对于各个力平衡冲压空气逸出挡板，强制打开冲压空气逸出挡板来降低空气流经冲压空气管的流阻。直至冲压空气逸出挡板相对于各个力平衡时，即直至冲压空气管中的动态压力与由来自外部的相对气流作用在冲压空气逸出挡板上的动态压力相适应或基本相适应时，才解除对冲压空气逸出挡板的强制打开。
另一方面，如果流经冲压空气管的冲压空气量被降低，则由此冲压空气进气挡板被强制关闭。由此，在冲压空气管中动态压力降低且因此作用在冲压空气逸出挡板的内侧上的力也降低。强制关闭冲压空气逸出挡板，直至冲击在冲压空气逸出挡板上的空气流动力达到平衡。强制关闭冲压空气逸出挡板降低了飞行器的流阻且由此有助于节省燃油。
通常，本发明涉及一种用于控制飞行器的导气挡板的位置的方法，其特征在于，总是控制所述导气挡板的位置，使得冲击在所述导气挡板的内侧及外侧上的空气流动力处于平衡或接近平衡状态。
附图说明
本发明的示例性实施例将在以下示意性附图中进行详细说明，其中：
图1示出了飞行器的新鲜空气产生系统的立体图，其中根据本发明的导气挡板被用作空气逸出挡板，其中对导气挡板根据本发明的方法进行位置控制，且
图2示出了图1的新鲜空气产生系统的立体剖视图。
具体实施方式
总体上以10表示的用于飞行器的新鲜空气产生系统示于图1中。新鲜空气产生系统10用于准备要供给至飞行器座舱的空气。为此目的，引出来自飞行器的一个或多个发动机(或还有来自飞行器的辅助涡轮机)的热空气并将其导引通过引气入口12而进入新鲜空气产生系统10。引气的温度约为200℃并在新鲜空气产生系统10中对其进行降压且冷却。为了冷却的目的，采用了外部空气，该外部空气在飞行期间可作为冲压空气得到且其可通过冲压空气系统14供给至新鲜空气产生系统10。
冲压空气系统14包括具有冲压空气管进气开口18以及冲压空气管逸出开口20的冲压空气管16。为了冷却上述热引气，扩散器22在新鲜空气产生系统10的热交换表面上分布用作冷却空气的冲压空气，在本例中该扩散器22横向布置在冲压空气管16上。
为了最小化经由冲压空气管16所产生的飞行器的额外流阻，在飞行期间总是将流经冲压空气管16的冷却空气量保持得尽可能低。对冷却空气量的控制是新鲜空气产生系统10的温度控制器的任务。控制参数是新鲜空气产生系统10的压缩机的输出处的温度，该压缩机在飞行期间被控制在预定值，例如180℃。如果压缩机输出温度上升超过该值，则必须增加流经冲压空气管16的冷却空气量。如果压缩机输出温度下降而低于该值，则必须减小冷却空气量。
为了控制流经冲压空气管16的冷却空气量，设置了冲压空气进气挡板24以及冲压空气逸出挡板26。采用冲压空气进气挡板24，冲压空气管进气开口18的流通截面可以从零(冲压空气进气挡板的关闭位置)改变上升至最大值(冲压空气进气挡板的打开位置)。以相同的方式，通过冲压空气逸出挡板26，冲压空气管逸出开口20的流通截面可进行调整。
冲压空气逸出挡板26布置在飞行器主体的外皮内或附近，其具有：一个面对冲压空气管16的表面28——其被称为内侧面，该内侧面处于冲压空气管16中的盛行动态压力下；以及一个相对的表面30——其被称为外侧面，该外侧面处于流经飞行器的相对气流的压力下。
致动器32用于改变冲压空气进气挡板24的位置，同时冲压空气逸出挡板26的位置可通过致动器34改变。
如果由于压缩机输出温度已超过预定值而需要更多冷却空气，则在致动器32的帮助下强制性地稍稍打开冲压空气进气挡板24以扩大冲压空气管进气开口18的流通截面。经由这样扩大了的进气截面而流入冲压空气管16中的更多的冷却空气量增加了冲压空气管16中的动态压力且由此该力作用在冲压空气逸出挡板26的内侧面28上。为了使作用在冲压空气逸出挡板26(包括其致动器34)上的压力保持尽可能的低，致动器34设置有力检测装置36，该力检测装置36检测由于冲压空气管16中的盛行压力与流经飞行器的相对气流的压力之间的差而冲击在致动器34上的力。力检测装置36耦合至一控制器，该控制器的目的是不断调整冲压空气逸出挡板26而由此避免较高的压力，从而使得冲击在冲压空气逸出挡板26的内侧面28及外侧面30上的空气流动力至少接近平衡。因此，如果通过进一步打开冲压空气进气挡板24获得更多的冷却空气量而使得在冲压空气管16中产生的动态压力超过冲击在冲压空气逸出挡板26的外侧面30上的相对气流的动态压力，则冲压空气逸出挡板26将被可控地强制打开，直至冲击在致动器34上的力至少接近于零，即，直至基本上确保了上述力的平衡。将冲压空气逸出挡板26强制打开即是降低了冲压空气管16的流阻，更准确的讲是降低了其冲压空气管逸出开口20的流阻，由此降低了冲压空气管16中的动态压力。同时，在将冲压空气逸出挡板26强制打开的情况下，增加了流经的相对气流冲击在冲压空气逸出挡板26的外侧面30上的压力。
另一方面，如果压缩机输出温度跌落至预定值以下，则必须减小流经冲压空气管16的冷却空气量。这通过受控地关闭冲压空气进气挡板24来实现，通过此受控地关闭，减小了冲压空气管进气开口18的流通截面。冲压空气管16中的动态压力也降低，由此，冲击在冲压空气逸出挡板26的内侧面28上的力也降低。这样，冲压空气逸出挡板26被强制关闭，直至冲击在致动器34上的力至少接近于零，这与冲击在冲压空气逸出挡板26的内侧面28及外侧面30上的气动压力之间的至少基本上呈现力平衡意义相同。通过关闭冲压空气逸出挡板26，还降低了飞行器的整体流阻。
采用上述新鲜空气产生系统10，可以在较宽的范围内控制该系统所需的冷却空气量且同时对飞行器的整体流阻的影响极小。此外，由于较低的压力，如上所述受控的冲压空气逸出挡板26具有良好的操作可靠性及较长的使用寿命。

Claims (8)

1.一种飞行器的导气挡板，其中，其一个表面(28)面对空气管并处于该空气管中的盛行压力下，且其相对表面(30)处于流经所述飞行器的相对气流的压力下，该导气挡板包括用于自动打开及关闭所述导气挡板的致动器(34)，且该致动器(34)与用于控制导气挡板的位置的装置相配合，其特征在于
设置有力检测装置(36)，该力检测装置(36)基于所述空气管中的盛行压力与流经飞行器的相对气流的压力之间的差来检测冲击在所述致动器(34)上的力，且
所述控制装置调整所述导气挡板的位置，使得相应地冲击在所述致动器(34)上的力为零或基本为零。
2.如权利要求1所述的导气挡板，其特征在于，所述导气挡板是冲压空气逸出挡板(26)，所述空气管中的压力是动态压力，并且在流过飞行器的相对气流冲击在所述冲压空气逸出挡板上的压力大于空气管中的动态压力冲击在其上的压力的情况下，强制关闭所述冲压空气逸出挡板(26)，直至由此产生上述各压力的平衡状态或接近平衡状态。
3.如权利要求1或2所述的导气挡板，其特征在于，所述导气挡板是冲压空气逸出挡板(26)，且所述空气管中的压力是动态压力，并且在流过飞行器的相对气流冲击在所述冲压空气逸出挡板上的压力小于空气管中的动态压力冲击在其上的压力的情况下，强制打开所述冲压空气逸出挡板(26)，直至由此产生上述各压力的平衡状态或接近平衡状态。
4.一种冲压空气系统，用于将冲压空气供应至飞行器的辅助组件，该冲压空气系统包括具有进气开口和逸出开口的冲压空气管(16)，从该冲压空气管获得所述辅助组件所需的冲压空气，该冲压空气系统还包括控制所述进气开口的流通截面的冲压空气进气挡板(24)以及控制所述逸出开口的流通截面的冲压空气逸出挡板，其特征在于
所述辅助组件所需的冲压空气量通过打开或关闭所述冲压空气进气挡板(24)来控制，且
所述冲压空气逸出挡板(26)是根据权利要求2或3所述的导气挡板。
5.如权利要求4所述的冲压空气系统，其特征在于，用于所述冲压空气进气挡板(24)的位置的控制参数是作为所述辅助组件的新鲜空气产生装置的压缩机的输出位置处的温度。
6.如权利要求5所述的冲压空气系统，其特征在于，所述冲压空气进气挡板(24)在所述压缩机的输出温度超过一预定温度值的情况下被强制打开。
7.如权利要求5或6所述的冲压空气系统，其特征在于，所述冲压空气进气挡板(24)在所述压缩机的输出温度跌落低于一预定温度值的情况下被强制关闭。
8.一种用于控制飞行器的导气挡板的位置的方法，该导气挡板包括内侧面和外侧面，其特征在于，在飞行中对所述导气挡板的位置进行控制而使得冲击在所述导气挡板的内侧面及外侧面上的空气流动力处于平衡或接近平衡状态。
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