CN101190713A - 飞机地面综合保障台车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集飞机发动机地面高压启动、飞机地面交直流供电以及飞机地面空调供风为一体的飞机地面综合保障台车，包括载车、动力系统、交直流发电机组、压气机、传动系统、制冷空调系统、测控系统等组成。载车中包括制冷空调系统、压气机、发电机、发动机、发动机油箱、齿轮变速箱、消声器、水箱散热器、电器控制板和操作显示装置。动力系统包括柴油发动机、供油系统及排烟系统。传动系统：传动系统包括齿轮变速箱和电子离合器等。测控系统：包括各个供气/供电参数的测量以及各设备运行逻辑和状态控制。本发明具有集成性高：集飞机电源车、高压气源车及地面空调车等功能于一体，适用范围广，控制精确迅捷，机动性好，可靠性高等优点。

Description

飞机地面综合保障台车

技术领域

本发明涉及飞机地面综合保障技术，具体涉及一种可同时具有电源、气源及空调等保障功能的飞机地面综合保障台车。

背景技术

民用飞机在起飞之前需要大量的地面保障设备服务，如空调、电源以及发动机启动气源等，目前国内大量采用单一用途的车辆提供单一的保障，如单独的电源车、气源车及空调车等。造成保障车辆过多，机场显得繁忙、凌乱，飞机周围拥挤，无论对一次性投入，维护、运行的经济性还是飞机的安全性都很不利，安全隐患较大。如果将多种功能集中在一台车上，那么地面保障车辆的数目会大大降低，无论从安全性，还是经济性考虑都将是变革。高集成性必将是飞机地面保障设备的发展方向。同时，国外军用飞机目前已广泛应用，民用机场也在进行产品的更新换代。在国内，无论是军方还是民航系统都对综合车的发展给予了高度的关注，综合车的发展飞机综合保障的必然趋势。

发明内容

本发明的目的，在于克服上述不足，提供一种将飞机保障设备综合化，可同时具有电源、气源及空调保障功能的飞机地面综合保障台车。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

飞机地面综合保障台车，包括载车、动力系统、交直流发电机组、压气机、传动系统、制冷空调系统、测控系统等组成。

载车包括车头和架设在车架上的车厢体，车厢体的底部为底板，其特征在于：底板上部的厢体中，前部设有制冷空调系统，中部设有压气机和发电机，后部设有发动机和发动机油箱，制冷空调系统与压气机连接；与压气机相连设有离合器，与发电机相连设有齿轮变速箱，与发动机相连设有消声器；厢体的尾部设有水箱散热器，厢体的侧边设有电器控制板和操作显示装置；厢体的前部与制冷空调系统相连设有空调软管箱；底板的下部挂接电瓶、电缆箱、载车油箱和气源软管箱。

1、一种飞机地面综合保障台车，主要包括载车，载车包括车头和架设在车架上的车厢体，车厢体的底部为底板，其特征在于：底板上部的厢体中，前部设有制冷空调系统，中部设有压气机和发电机，后部设有发动机和发动机油箱，制冷空调系统与压气机连接；与压气机相连设有离合器，与发电机相连设有齿轮变速箱，与发动机相连设有消声器；厢体的尾部设有水箱散热器，厢体的侧边设有电器控制板和操作显示装置；厢体的前部与制冷空调系统相连设有空调软管箱；底板的下部挂接电瓶、电缆箱、载车油箱和气源软管箱。

2、根据权利要求1所述的飞机地面综合保障台车，其特征在于：所述的制冷空调系统，其主要部件包括：I、II级换热器，涡轮组件，高、低压水分离器，流量调节活门和温度调节活门；高压气源由支路管路连接流量调节活门，流量调节活门由管路连接温度调节活门，管路干路上设有I级换热器、II级换热器，高压水分离器，涡轮和低压水分离器。

3、根据权利要求1或2所述的飞机地面综合保障台车，其特征在于：所述的涡轮组件，为采用两台涡轮组件并联，在两台涡轮组件的入口处分别有安装高压水分离器，在两台涡轮组件后部分别安装有低压水分离器。

二、动力系统：包括柴油发动机、供油系统及排烟系统。

整车最大用电状态为空调系统和供电系统同时工作，而此时压气机也需工作，压气机为整车最大耗功设备，因此，动力源必须满足最大功耗状态下能够长时间连续运行。

柴油发动机单独配备供油系统和油箱，不与载车交联可满足发动机满载状态下连续运行4h。

发动机排烟系统由管路、消声器和隔热棉组成，尾气通过管路，经消声器，由车体上部水平排出。

三、交直流发电机组：交直流发电机为供电系统主要部件，采用兰州电机厂双流发电机组，其包含交流发电机、直流发电机和励磁电机组成，由一根轴联动，同时输出交、直流电源，通过电缆、电源插头与飞机对接。发电机组主要参数如下：

1)交流输出：115V/200V 75kW

2)直流输出：28.5V 2×23kW

3)转速：2400r/min

四、压气机：压气机在提供高压气源和空调风时都必须工作。采用美国英格索兰(Ingersoll-Rand)无油压气机，主要参数如下：

1)供气量：200PPm(5500kg/h)

2)供气压力：50pisg(345kPa表压)

3)转速：1850r/min

五、传动系统：传动系统包括齿轮变速箱和电子离合器等。

由于发动机、压气机和发电机组三者转速不完全一致，因此需要通过齿轮箱改变速度传递动力。另外，压气机与发电机组又非必须同时工作，存在各自单独工作的状态，而发动机又要求避免高负载启动，因此配备电子离合器。

齿轮箱为高速运动部件，需配备冷却装置，采用油冷却系统，由发动机或齿轮箱的一个运动轴带动油循环泵，将冷却油压入散热器，自然冷却后返回齿轮箱。

电子离合器由控制系统控制，使压气机与齿轮箱啮合或脱离，在发动机启动时完全脱离，以减小发动机启动负载。

六、制冷空调系统：

空调系统的工作原理：由高压气源提供的高温高压气体先经过流量调节活门，调节为控制系统设定的流量。再经过温度调节活门，其干路出口空气依次经过I级换热器和II级换热器降温，经高压水分离器后将空气中凝出的游离水初步排出，然后进入涡轮进行膨胀过程。在此过程中，空气压力迅速降低，温度随之降低，同时空气中的水蒸汽再次凝出，经低压水分离器将大部分凝水排出后，低温空气与温度调节活门支路提供的热空气混和，混合后的温度由温度调节活门调节至控制系统设定值，然后输出给用户设备。

I级换热器由风机提供冷却空气，II级换热器由涡轮组件风扇提供冷却空气。

高压水分离器和低压水分离器排出的凝水回喷至I级换热器进口，增强I级换热器的换热能力。

空调系统的组成：

空调系统主要部件包括I、II级换热器，涡轮组件，高、低压水分离器，流量调节活门和温度调节活门。

1)涡轮组件

由于空调系统要求流量较大，如采用单台涡轮组件，那么对涡轮的要求较高，目前还没有合适的产品供选择，因此，采用两台涡轮组件并联，单台涡轮流量仅为总流量的一半。参数如下(单个涡轮)：

涡轮侧：

●进口流量：2800kg/h

●进口压力：4.1bar(绝对)

●进口温度：50℃

●出口压力：1.25bar(绝对)

●出口温度：＜-15℃

风扇侧：

●空气流量：≥6000kg/h

●吸气阻力：4.0kPa

●排气压力：4.0kPa

寿命：

●首翻期：1年600h

●总寿命：3年1500h

2)高、低压水分离器

在两台涡轮入口处分别安装高压水分离器，去除气源中部分水份。在两台涡轮后分别安装低压水分离器，分水效率不小于70％。

3)换热器

I级换热器：

●热边进口流量：5500kg/h

●热边进口压力：4.25bar

●热边进口温度：215℃

●冷边进口流量：7000kg/h

●冷边进口温度：40℃

●冷边进口压力：常压

●热边出口温度：61℃

●热边流阻：≤10kPa

●冷边流阻：≤2kPa

●效率：≥0.88

●热边长度：≤650mm

II级换热器：

●热边进口流量：5500kg/h

●热边进口压力：4.15bar

●热边进口温度：61℃

●冷边进口流量：7000kg/h

●冷边进口温度：38℃

●冷边进口压力：常压

●热边出口温度：48℃

●热边流阻：≤10kPa

●冷边流阻：≤2kPa

●效率：≥0.88

●热边长度：≤650mm

4)调温活门

●电源：24V DC

●结构：双路联动，气流启闭相反

●空气压力：450kPa(绝对)

●空气温度：215℃

●主路流量：5600kg/h

●支路流量：2000kg/h

●活门全开<->全关时间：30s

5)流量调节活门

●电源：直流24V DC

●进口压力：450kPa(绝对)

●进口温度：215℃

●空气流量：5600kg/h

6)活门全开<->全关时间：30s

系统布置：空调系统仅与压气机相连，为独立的工作单元，其各个设备布置参见图2。

七、测控系统：包括各个供气/供电参数的测量以及各设备运行逻辑和状态控制。

测量：多功能车具有多项地面保障功能，在其内部安装有多个测试装置：

1)柴油发动机启动电瓶电量指示；

2)柴油发动机运行参数：转速、水温、油压等；

3)压气机输出参数：流量、压力、温度；

4)发电机输出参数：交流电源输出电流、电压、频率

直流电源输出电压、电流；

5)空调系统出口参数：流量、压力、温度。

控制系统：整车采用全自动控制方式，控制核心为PLC，控制逻辑程序固化其中，根据不同功能启动相关系统。

1)气源模式

启动柴油发动机后，按压“气源”按钮，控制系统控制离合器啮合，发动机带动压气机工作，通过三通阀，输出高压气源；

2)电源模式

启动柴油机发动机后，通过齿轮箱带动发电机组转子旋转，连接与飞机电源接头后，按压“电源”按钮，发电机组输出交直流电源；

3)空调模式

启动柴油机发动机后，按压“空调”按钮，控制系统控制离合器啮合，发动机带动压气机工作，产生高压气源，通过三通阀，进入空调组件，经冷却后通入飞机；

4)电源和空调模式

该状态为整车最大功耗状态，所有设备均工作，分别按压“电源”和“空调”按钮，控制系统自动控制各设备进入正常工作状态。

隔声降噪系统：

减震降噪

1)在主要运动设备下安装减震垫，减少设备在高速运转中产生的震动；

2)箱体结构件尽可能采用焊接，使其成一整体；

3)内部有高速气流通过的管路需安装支架，防止导管抖动；

4)导管与支架之间安装橡胶减震垫；

消声降噪

1)高速运转部件增加润滑，减少摩擦噪声；

2)压气机安全阀处增加消声器，减少排气噪声；

隔声降噪

1)尽可能减少整车箱体开口，除必要的通风散热口外，均采用密封口盖及维护门；

2)箱体内表面粘贴吸声材料

总体布置：整车的布置图如下：

本发明将多种功能集中在一台车上，使地面保障车辆的数目大大降低，操作人员数量可由原来的3人以上减少至1人。无论从安全性，经济性还是机场的一次性投资角度来说，都大大优于现有模式。该技术符合飞机地面保障设备高集成性的发展方向。

与传统的地面保障设备相比，飞机地面多功能车具有以下优点：

a)集成性高

集飞机电源车、高压气源车及地面空调车等功能于一体，一车多用。

b)适用范围广

其基本型号的供电、高压供气以及空调通风指标即可适用于目前机场中除Boeing-777、Tupulev-204、Ilyushin-96-300以及Airbus-380以外的所有飞机。

c)控制精确迅捷

供气流量及温度可根据不同机型的供气指标在控制面板上设定后自动调整，机型转换的操作时间不超过3分钟。

d)适应性强

可适应国内任一机场的海拔及环境条件。

e)机动性好

相对而言极小的外形尺寸以及一体化拖曳式或自行式结构的特点，使得地面设备的占地面积减少，移动灵活性大大增强，飞机安全性大幅度提高。

f)可靠性高

集发电、供气于一体的高品质GTU以及空气冷却组件的应用，使多功能车的可靠性甚至与飞机系统基本接近。

g)高效、经济性好

对客机来说，使用地面多功能车与使用APU相比，耗油量少，不损耗机载设备工作寿命，且具有较大的制冷能力。

维护费用低

与传统的柴油机-发电机-压气机系统相比，部件少，损耗低，系统只需定期保养和视情维护即可保证长时间的正常运行。

h)操作简便

一体化集中显示操控人机界面，全部操作只需一名操作人员。

i)持续工作时间长：持续工作时间不小于4h。

附图说明：

图1为本发明整车的结构示意图；

图2为本发明制冷空调系统的原理图；

图3为本发明整车的系统工作原理图。

具体实施方式

参见各图，根据其设备重量以及用户要求，选用五十铃F系列重型商用车。载车的主要性能如下：

最大总质量：15000kg

装载质量：8200kg

轴距：4500kg

最高车速：≥110km/h

发动机：6HK1柴油机

柴油发动机选用德国道依茨(DEUTZ)水冷柴油机，参数如下：

1)输出功率：400kW

2)转速：1850r/min

采用兰州电机厂双流发电机组，其包含交流发电机、直流发电机和励磁电机组成，由一根轴联动，同时输出交、直流电源，通过电缆、电源插头与飞机对接。发电机组主要参数如下：

4)交流输出：115V/200V 75kW

5)直流输出：28.5V 2×23kW

6)转速：2400r/min

压气机采用美国英格索兰(Ingersoll-Rand)无油压气机，主要参数如下：

4)供气量：200PPm(5500kg/h)

5)供气压力：50pisg(345kPa表压)

6)转速：1850r/min

本发明主要具备以下功能：

能在以下状态下启动飞机发动机：

飞机地面停车状态；

飞机地面测试状态；

发动机检测状态。

飞机启动装置或APU失效时：

可为飞机提供交/直流供电电源；

可为飞机座舱及电子设备舱提供通风/冷却/加热空气；

可为机上空调系统(ECS)提供高压气源；

飞机机轮及刹车的加热(跑道上有冰雪时)和冷却(短时间内再次出动)功能；

与特定装置相连可用于清除飞机表面上的积雪。

Claims (5)

1.一种集飞机发动机地面高压启动、飞机地面交直流供电以及飞机地面空调供风为一体的飞机地面综合保障台车，主要包括载车，载车包括车头和架设在车架上的车厢体，车厢体的底部为底板，其特征在于：底板上部的厢体中，前部设有制冷空调系统，中部设有压气机和发电机，后部设有发动机和发动机油箱，制冷空调系统与压气机连接；与压气机相连设有离合器，与发电机相连设有齿轮变速箱，与发动机相连设有消声器；厢体的尾部设有水箱散热器，厢体的侧边设有电器控制板和操作显示装置；厢体的前部与制冷空调系统相连设有空调软管箱；底板的下部挂接电瓶、电缆箱、载车油箱和气源软管箱。

2.根据权利要求1所述的飞机地面综合保障台车，其特征在于：发动机驱动一个变速箱，变速箱上同时连接着一个压气机和一个发电机，可同时供出发动机启动所需的或空调系统所需的高压气源以及飞机所需要的地面交直流电源。

所述的制冷空调系统，其主要部件包括：I、II级换热器，涡轮组件，高、低压水分离器，流量调节活门和温度调节活门；由高压气源提供的高温高压气体先经过流量调节活门，调节为控制系统设定的流量，再经过温度调节活门，其干路出口空气依次经过I级换热器和II级换热器降温，经高压水分离器后将空气中凝出的游离水初步排出，然后进入涡轮进行膨胀过程，空气中水蒸汽再次凝出，经低压水分离器，将大部分凝水排出后，低温空气与温度调节活门支路提供的热空气相混和，混合后的温度由温度调节活门调节至控制系统设定值，然后输出给用户设备；

所述的I级换热器由风机提供冷却空气，II级换热器由涡轮组件风扇提供冷却空气；所述的高压水分离器和低压水分离器排出的凝水回喷至I级换热器进口，增强I级换热器的换热能力。

3.根据权利要求1或2所述的飞机地面综合保障台车，其特征在于：所述的涡轮组件，为采用两台涡轮组件并联，在两台涡轮组件的入口处分别有安装高压水分离器，在两台涡轮组件后部分别安装有低压水分离器，单台涡轮流量仅为总流量的一半，单个涡轮参数如下：

涡轮侧：进口流量：2800kg/h，进口压力：4.1bar，进口温度：50℃，出口压力：1.25bar，出口温度：＜-15℃；

风扇侧：空气流量：≥6000kg/h，吸气阻力：4.0kPa，排气压力：4.0kPa。

4.根据权利要求1或2所述的飞机地面综合保障台车，其特征在于：所述的换热器，包括I、II级换热器，

I级换热器的工作参数如下：

●热边进口流量：5500kg/h

●热边进口压力：4.25bar

●热边进口温度：215℃

●冷边进口流量：7000kg/h

●冷边进口温度：40℃

●冷边进口压力：常压

●热边出口温度：61℃

●热边流阻：≤10kPa

●冷边流阻：≤2kPa

●效率：≥0.88

●热边长度：≤650mm

II级换热器的工作参数如下：

●热边进口流量：5500kg/h

●热边进口压力：4.15bar

●热边进口温度：61℃

●冷边进口流量：7000kg/h

●冷边进口温度：38℃

●冷边进口压力：常压

●热边出口温度：48℃

●热边流阻：≤10kPa

●冷边流阻：≤2kPa

●效率：≥0.88

●热边长度：≤650mm

5.根据权利要求1所述的飞机地面综合保障台车，其特征在于：所述的测控系统，包括测量系统和控制系统，由车体内部安装的有多个测试装置，测量如下的各种数据：

1)柴油发动机启动电瓶电量指示；

2)柴油发动机运行参数：转速、水温、油压；

3)压气机输出参数：流量、压力、温度；

4)发电机输出参数：交流电源输出电流、电压、频率直流电源输出电压、电流；

5)空调系统出口参数：流量、压力、温度；

所述的控制系统：整车采用全自动控制方式，控制核心为PLC，控制逻辑程序固化，根据不同功能启动相关系统，包括气源模式、电源模式、空调模式、电源和空调模式；

所述的气源模式为：启动柴油发动机后，按压“气源”按钮，控制系统控制离合器啮合，发动机带动压气机工作，通过三通阀，输出高压气源；

所述的电源模式为：启动柴油机发动机后，通过齿轮箱带动发电机组转子旋转，连接与飞机电源接头后，按压“电源”按钮，发电机组输出交直流电源；

所述的空调模式为：启动柴油机发动机后，按压“空调”按钮，控制系统控制离合器啮合，发动机带动压气机工作，产生高压气源，通过三通阀，进入空调组件，经冷却后通入飞机；

所述的电源和空调模式为：在整车的最大功耗状态，所有设备均工作，分别按压“电源”和“空调”按钮，控制系统自动控制各设备进入正常工作状态。6、根据权利要求1所述的飞机地面综合保障台车，其特征在于：安装有隔声降噪系统，包括减震降噪、消声降噪和隔声降噪，如下：

减震降噪

1)在主要运动设备下安装减震垫，减少设备在高速运转中产生的震动；

2)箱体结构件尽可能采用焊接，使其成一整体；

3)内部有高速气流通过的管路需安装支架，防止导管抖动；

4)导管与支架之间安装橡胶减震垫；

消声降噪

1)高速运转部件增加润滑，减少摩擦噪声；

2)压气机安全阀处增加消声器，减少排气噪声；

隔声降噪

1)尽可能减少整车箱体开口，除必要的通风散热口外，均采用密封口盖及维护门；2)箱体内表面粘贴吸声材料。

Images