CN101139980B - 旋翼飞行器空气调节装置的控制方法和装置及旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋翼飞行器空气调节装置的控制方法和装置及相关旋翼飞行器。其中，一种控制旋翼飞行器中的空气调节装置的方法，该旋翼飞行器还包括用于冷却传动装置润滑剂的冷却器，其中，润滑剂的温度受到监测，且在万一润滑剂温度达到或超过规定值的情况下降低空气调节装置的功率。

Description

旋翼飞行器空气调节装置的控制方法和装置及旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及一种用于直升机或其它旋翼飞行器的空气调节装置系统。

本发明的技术领域是旋翼飞行器的制造。

更具体地说，本发明涉及用于冷却旋翼飞行器机舱中的空气的设备、用于控制操作所述设备的方法和装置、以及配装有这种设备和这种控制装置的旋翼飞行器。

背景技术

本发明应用到一种旋翼飞行器，该旋翼飞行器具有上升和推进旋翼、用于驱动旋翼的发动机、以及将电机连接至旋翼的机械传动装置或变速箱，该变速箱由润滑剂(诸如油)来润滑且连接至用于冷却润滑剂的回路，所述回路包括用于借助周围空气来冷却润滑剂的冷却器。

已知给直升机配装上空气调节装置，在该空气调节装置中，致冷流体经受压缩/冷凝/膨胀/蒸发的循环。这种空气调节装置为此包括压缩机、冷凝器、膨胀机和蒸发器，它们由输送致冷流体的管道以该顺序连接。

美国专利第4490989号描述了这样一种空气调节装置，在该空气调节装置中，压缩机由直升机发动机经过皮带轮和皮带的传动系统来驱动。

还已知给直升机的空气调节装置配装上由电机驱动的压缩机，例如美国专利第6155062号中所述。

在陆上机动车辆的领域，已知给空气调节装置配装上具有可变汽缸容量的活塞式压缩机，诸如在美国专利第6162026号中所述的压缩机。

这使得压缩机的功率能够根据车辆发动机的转速或发动机冷却水的温度而变化，如法国专利FR-2801249号所述。

美国专利第4425766号描述了一种用于控制将空气吹过车辆空气调节装置的散热器和冷凝器的风扇的系统。

发明内容

已知将包括冷凝器和相关风扇以及压缩机的直升机空气调节装置单元设置在用于接纳侧向起落架的腔室或舱室中；这种布局必须给腔室提供用于空气调节装置单元的冷凝器的空气回路、以及包括进气口、输气管道和出气口的回路，因此会占据较大的体积。

本发明的目的是解决该问题。

本发明的目的是提供一种空气调节装置、用于控制空气调节装置的方法和装置、以及配装有所述空气调节装置和所述装置的旋翼飞行器，它们可至少部分地改进和/或改善目前已知的空气调节装置、控制装置和旋翼飞行器的缺点或缺陷。

在本发明的诸方面之一，本发明将旋翼飞行器空气调节装置的冷凝器设置在用于将外部(周围)空气输送至用来冷却传动装置(从旋翼飞行器发动机到旋翼飞行器的主旋翼)的润滑剂的冷却器/散热器的管道中，给空气调节装置(和旋翼飞行器)配装有利于冷却润滑剂以在必要时降低空气调节装置效能的控制装置。

本发明因此可减小空气调节装置的总体积，因为无需特殊的管道来将空气输送至冷凝器。

本发明可减小空气调节装置的重量，因为只需设置一个风扇，这个风扇是冷凝器和润滑剂冷却器所共用的。

本发明可通过确保在所有情况下、即使周围(外部)温度很高时传动机构的润滑剂都得以冷却来保证旋翼飞行器的旋翼推进过程中的可靠性和准确操作。

在本发明的诸方面之一，本发明可提供一种用于控制空气调节装置的装置，该装置可被设置/编程以在适当的时候降低空气调节装置的效能/功率，从而将冷却器出口处的润滑剂温度保持在(预先)规定的值之下，例如约90-100℃的量级之下。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种控制包括用于传动装置的润滑剂冷却器的旋翼飞行器空气调节装置的方法，其中，润滑剂的温度受到监测，如若润滑剂温度达到或超过规定值，则降低空气调节装置功率。

本方法可由计算机或等同的数据处理单元来实施。

因此，在本发明的另一方面，提供一种包括由诸如存储器之类的介质携带的或实施成信号的代码的程序，该代码可由旋翼飞行器上或适于设置在旋翼飞行器上的诸如处理器之类的数据处理单元来读取和/或执行，以便控制旋翼飞行器空气调节装置，该代码包括：

·第一代码段或读取模块，用于读取表示旋翼飞行器的传动机构的润滑剂温度的第一数据，较佳地在润滑剂冷却器的出口处测量该温度；

·第二代码段或计算模块，用于根据第一数据来确定和限制表示空气调节装置功率(或功率/效能比设定值)的第二数据；以及

·第三代码段或写入模块，用于记录第二数据。

第一数据可以是将由传感器发送的信号转换成表示离开冷却器的润滑剂的温度的结果。第二数据可以转换成用于控制(改变)空气调节装置功率的控制信号。

根据第一数据来限制第二数据可用来限制空气调节装置的功率。因此，同样可限制经过冷凝器的周围空气所被加热的程度，从而可保持润滑剂的适当冷却。

第二代码段可根据目标功率数据来确定第二数据，所述目标数据自身是根据旋翼飞行器中所保持的气温的设定值数据和表示旋翼飞行器中所测出的气温的数据来确定的。

代码，尤其是第二代码段，可包括用于根据输入数据来确定输出数据的比例(P)、积分(I)和/或微分(D)计算指令，从而数据处理单元可结合一个或多个P、PI或PID调节模块。

具体地说，代码可包括用于根据机舱中所保持的气温的设定值和机舱气温的测量值之间的差值来确定用于润滑剂的温度设定值或用于致冷流体的冷凝温度设定值的第一PID模块。

代码可包括用于根据由第一PID模块所确定的冷却器出口处所保持的润滑剂温度(或冷凝温度)设定值和冷却器出口处的润滑剂实际温度测量值之间的差值来确定用于空气调节装置功率、即压缩机扫气速度或容积的设定值的第二PID模块。

空气调节装置的冷却功率可通过在驱动空气调节装置压缩机的速度中施加相应的变化来得以变化(限制)，尤其是在压缩机由电机驱动时。在其它实施例中，这种功率变化可以通过用于调节功率且安装在冷却回路上的任何其它系统来实施，诸如形成旁路的阀。

在较佳的实施例中，空气调节装置包括具有可根据由空气调节装置控制装置发送的功率变化控制信号而变化的功率的活塞式压缩机。

功率变化可以是改变压缩机的活塞冲程和/或每单元时间扫气的容积或汽缸容量的结果，而不会显著改变压缩机的驱动速度。这种变化可由来源于第二数据的信号来控制，并且它可例如美国专利第6162026号中所述来获得。

在本发明的较佳实施例中，冷凝器和冷却器设置在旋翼飞行器的机舱之上，冷凝器设置在远离冷却器的上游(相对于空气流动方向)，而冷凝器和冷却器所共用的风扇设置在两者的下游。

附图说明

在下面参照附图的描述中，本发明的其它方面、特征和优点将会变得显而易见，这些附图非限制性地示出了本发明的较佳实施例。

图1是示出空气调节装置的主要部件、直升机的空气调节装置冷凝器和主变速箱润滑油冷却器所位于的气流、以及用于控制空气调节装置的设备模块的框图。

图2是示出空气调节装置的致冷流体回路、传感器和致动器之间的连接件、以及传感器和空气调节装置控制装置之间的连接件的视图。

图3是示出冷凝器和油冷却器怎样安装在直升机的机舱上方的视图。

具体实施方式

具体参见图1和3，本发明具体应用到具有气/油冷却器10的旋翼飞行器，该冷却器10是为了冷却旋翼飞行器11的主传动变速箱(未示出)的润滑油。

冷却器为此设置在管道12、13、14中，管道12、13、14由壁17来形成，由风扇16来抽吸的空气流动穿过管道段12的上游端处的进气孔口18。

空气调节装置20的冷凝器19位于气流管道中且在冷却器10的上游。

如图1和2所示意示出的，空气调节装置20包括可变功率的活塞式压缩机21、冷凝器19、膨胀机22和蒸发器23，它们以该顺序由管子24成对地连接在一起以用于环绕闭合回路输送致冷流体。

蒸发器23设置在旋翼飞行器11的机舱25中以冷却包含在机舱中的空气。

可编程的电子控制装置26可根据本发明来编程以控制空气调节装置20。

为此，控制装置26由连接件27连接(参见图1)至用于设定机舱中空气的设定温度的部件28，还连接至用于测量机舱中空气的温度的传感器29。

根据本发明的一个方面，控制装置26也由连接件30连接至传感离开冷却器10的油温的传感器(未示出)，并且由连接件34连接至为了改变压缩机21的功率而与压缩机21结合成一体的致动器。

如图2所示，控制装置26(例如微控制器)还由连接件33连接至蒸发探头31和冷凝压力探头32，从而以传统的方式控制/调节空气调节装置20。

如图1所示，控制装置26包括减法器/加法器35，该减法器/加法器35可计算来自于部件28的设定温度和由传感器29测出的温度之间的差值。

该差值施加到模块36的输入端，该模块36包括PID调节器以确定不会过高的冷凝温度(或压力)设定值、和/或对于离开冷却器10的油来说不会过高的温度。

在模块36的输出端发送的对应数据(或信号)与对应于冷却器10的输出端的油的测出温度的数据一起施加到第二减法器/加法器37；该回路可输出对应于输入端信号之间差值的数据信号。

该差值施加到第二计算模块38的输入端，该第二计算模块38结合了可输出用于压缩机21的功率的设定值数据信号的PID环路。

本发明因此利用在冷却器10的输出端测出的油温作为用于调节空气调节装置的压缩机的输入数据，从而在万一外界气温很高(例如，约50℃或55℃)的情况下减小其功率，因此具有降低致冷剂的冷凝温度的作用，并且因此可降低冷凝器出口处的气温，从而改善对于主变速箱(MGB)的冷却。

Claims (15)

1.一种控制包括传动装置润滑剂冷却器(10)的旋翼飞行器(11)的空气调节装置(20)的方法，其特征在于，所述旋翼飞行器的空气调节装置的冷凝器设置在用于将外部空气输送至用于冷却传动装置的润滑剂的管道中，并且所述空气调节装置的所述冷凝器位于所述冷却器的上游，所述润滑剂的温度受到监测，并且，如若所述润滑剂温度达到或超过规定值，则降低所述空气调节装置的功率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述润滑剂的所述温度是在所述冷却器的出口处测量的。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过减小由所述空气调节装置的活塞式压缩机(21)每单元时间扫气的容积来限制所述空气调节装置的功率。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述规定值是约90℃至约100℃。

5.一种用于控制包括用来冷却传动装置润滑剂的冷却器(10)的旋翼飞行器(11)的空气调节装置(20)的控制装置，其特征在于，所述旋翼飞行器的空气调节装置的冷凝器设置在用于将外部空气输送至用于冷却传动装置的润滑剂的管道中，并且所述空气调节装置的所述冷凝器位于所述冷却器的上游，所述控制装置可设置成若所述润滑剂温度达到或超过规定值则降低所述空气调节装置的效能，从而将所述冷却器出口处的所述润滑剂的温度保持在预定值之下。

6.如权利要求5所述的控制装置，其特征在于，包括：

·用于获取或读取润滑剂温度的模块(37)，所述模块设置成接收由传感器发送的信号；

·计算模块，用于根据所述润滑剂的所述温度来确定和限制所述空气调节装置的功率设定值；以及

·控制模块，用于根据计算出的功率来伺服控制所述空气调节装置的功率。

7.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述用于获取或读取润滑剂温度的模块位于所述冷却器的所述出口处。

8.如权利要求6或7所述的控制装置，其特征在于，包括用于确定所述空气调节装置的所述功率设定值的PID调节器。

9.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，包括用于根据所述旋翼飞行器中所保持的气温的设定值且根据所述旋翼飞行器中所测量的气温来确定用于所述空气调节装置的功率目标的PID调节器。

10.一种旋翼飞行器(11)，包括：旋翼、用于驱动旋翼的驱动机构、用于冷却所述驱动机构的润滑剂的冷却器(10)、以及包括冷凝器的空气调节装置(20)，其特征在于，所述冷凝器(19)设置在用于朝向所述冷却器输送空气的管道(12-14)中且在所述冷却器的上游，并且所述旋翼飞行器包括如权利要求5-9之一所述的控制装置，所述控制装置设置成通过所述冷凝器来限制对于空气的加热，从而将离开所述冷却器的所述润滑剂保持在低于规定值的温度下。

11.如权利要求10所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述冷凝器和所述冷却器设置在所述旋翼飞行器的机舱(25)之上。

12.如权利要求10或11所述的旋翼飞行器，其特征在于，包括所述冷凝器和所述冷却器所共用的风扇(16)。

13.如权利要求10所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述空气调节装置包括功率可根据功率变化控制信号来变化的活塞式压缩机(21)，所述信号是由用于控制所述空气调节装置的所述装置来发送的。

14.如权利要求13所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述功率变化是通过改变所述压缩机活塞的行程-即汽缸容量和/或扫气容积来获得。

15.如权利要求10所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述空气调节装置是由如权利要求1-4中任一项所述的方法来控制的，和/或包括如权利要求5-9中任一项所述的控制装置。

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