CN1016992B - 飞机机舱空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种飞机机舱空调系统中控制从若干空气循环机之一通过的致冷气流的调压阀控制器。控制器中包括有随冲压空气温度变化而控制气流的调压装置，以及随运转的空气循环机数目变化的调压装置。

Description

本发明一般与飞机舱空调系统有关，具体与飞机机舱空调系统调压阀的控制器有关。

利用燃气轮机空压机的放气作致冷剂的空气循环空调系统，在商业和军用飞机的机舱的降温和增压中有广泛的应用。在多发动机飞机中，习惯使用复式空气循环致冷机，每台致冷机用一个发动机的空压机的放气充气。为保持燃气轮机的工作效率，最好只放出作机舱降温和增压所必需量的空气。空压机向空气循环机放过多的气流会使发动机的工作费用会显著地增加。

虽然已提出过根据高度和机舱温度等参数而控制排向空气循环机的空压机的放气气流的各种系统，但这类系统的大部分都显示了低于最佳化的气流控制。

因此，本发明的主要目的之一，是提出一种改进的飞机机舱空调系统，该空调系统包括用以调节一台或多台燃气轮机空压机向机舱空气循环空调系统里的多个空气循环致冷机供给排放气流的控制器。

根据本发明，该飞机机舱空调系统有一个控制器控制一个调节从燃气轮机空压机流向空气循环致冷机的放气气流的调压阀，该控制器是随进入飞机的冲压空气的温度而变化，并且包括用以在第二空气循环冷气机停止工作时增加调压阀的开度的装置，以增加工作的致冷机的气流流量的能力，从而也增加该工作的致冷机的冷却及增压的能力。该控制器还包括在例如机舱处于最少装载情况下低致冷需要时，为维持通过工作的致冷机的低流量而用以补偿这种增加的阀开度的装置。

在本发明的最佳实施方案中，飞机机舱空调系统的调压阀由一个气动执行机构、向该执行机构供给的气动伺服压力来操纵，从而该执行机构的运转由一个有一个对该执行机构作增压的主伺服导管中的通气孔的调压器控制。通气孔的有效面积及通过该通气孔的气流流量由随冲压空气温度而反应的活动盖来调节。主伺服导管还和第二调压器相通，在第二空气循环致冷机的不工作状态下，第二调压器提供主伺服导管中气压的步进调节，从而对通入阀执行机构的伺服压力作步进调节，以取得调压阀的上述增大开度，而补偿另一空气循环致冷机的不工作状态。主伺服导管中的气压的反方向步进调节，由一可控通气孔执行，这通气孔补偿第二调压器以执行调压阀的部分关闭，虽然另一空气循环致冷机不工作，而仍能使调压阀从全开状态达到部分关闭状态。

图1为使用两个空气循环致冷机的飞机机舱空调系统简略示意图;

图2为本发明调压阀控制器的概示;

图3为图2所示控制器各工况中，通过一个空气循环致冷机的调节气压的曲线图。

参见图1，一架用两个燃气轮机5及10作动力的飞机（未示出），有一个机舱15，用两个空气循环致冷机20及25，按本技术领域中的常见方式，通过出口导管30及35，排出冷却的空气，对机舱降温并增压。每一空气循环致冷机，用空压机从发动机5及10通过放气管路40，45及50排出的空气充气。熟悉本技术领域的人很易理解，飞机在高致冷需要状态下例如在温暖环境中和/或在机舱的高量乘载状态下时的运转要求空气循环机有接近最高的输出。相反，飞机在例如处于温度较低的环境下和/或在机舱的最低乘载状态下的低冷却需要的状态下运转，要求相当低的空气循环机输出，甚至适宜将一个空气循环机停止，节省发动机空压机的排出气流。因此，在管路40中设置有调压阀55及60，来控制送入空气循环机的放气的量。阀55及60用第一和第二气动执行机构65及70操 纵，执行机构65及70则用控制器75及80控制。

控制器75的细节在图2中示出。如上文阐述，调压阀55由阀执行机构65操纵，阀执行机构用连接杆85和阀连接。执行机构65中有用活塞杆100和膜片95连接的活塞90，膜片由弹簧105向右偏置，膜片和活塞之间的空间和外界环境连通。可以容易理解：当作用在活塞90上的流体压力可以克服作用在在膜片95上的压力和弹簧105施加在膜片上的力时，活塞及膜片向右移动，将阀55关闭。与此相似，当作用在膜片95上的力能克服作用在活塞90上的流体压力时，活塞和膜便便向左移动，将阀打开。

从主伺服导管110中通过的空气对执行机构65的两端加压，执行机构的相对两端和导管110连通。导管110设有一个限流器115和一个与外界环境连通的电磁阀120，电磁阀的启动将阀开启，于是执行机构65在右侧立刻连通外界环境，将阀55完全关闭。主伺服导管110中也设有通气孔125。

主伺服导管110还和设有调压器135，140及145的第一支管130相通。如图所示，调压器135中有一个简单的弹簧偏置球阀，而调压器140有相似的由电磁圈150遥控致动的电动卸压球阀。调压器145有设置在支管130的末端的通气孔155。这通气孔155的有效开度，由与双金属元件165连接的第一活动盖件160调节，该双金属元件随从导管170进入飞机的冲压空气温度反应作差温膨胀。支管130中还有限流器175，180及190，控制支管中气压对支管路中的各调压器的致动所作的动态响应。

有一个其中有限流器200的第二支管195，和紧接限流器175下游的第一支管130连通。

第一及第二支管130及195的终点为分配阀205，这阀中有可往复运动的球形元件210。本技术领域中的人可以理解到，球形元件210在阀 进口处随加在其上的最高压力反应，将一个相对的进口关闭，从而永远将来自支管130或支管195的最高压力，向出口215传递。

出口215和腔220连通，腔220里面有用枢轴在230处安装的第二活动盖件225，腔220在235处通向外界环境，腔220的右端中放置用弹簧245向上偏置的活动膜片240，止动件250和随膜片活动的柱塞253。腔220的左端中放置由弹簧260向下偏置的膜片255，弹簧260的预加载用调节螺丝265调节。腔220左端的下部中放置用弹簧275向上偏置的膜270，弹簧275的预加载以本技术领域中常见的方式由温度补偿座280随温度变化反应而调节。膜255及270用连杆285及290，和活动盖件225的左端连接。腔220的上下部用里面有动态补偿限流器300的管路295连接。

第二支管195有延长段305，该段和与分配阀205相似的另一分配阀（未示出）连接，但和驱动其他调压阀60的阀执行机构70的控制器关连。支管195的第二延长段310，在其端部设有通气孔315，从这通气孔中通过而到外界环境的气流由柱塞320控制，用以补偿调压器140，其方式在下文中进一步详述。

本发明控制器75的运转如下。在正常状态下，两个空气循环机都工作时，阀55下游的管路40中的经调节的压力是由执行机构65操纵的调压阀55调定，执行机构65由控制器75随导管170中的冲压空气温度的响应而控制。双金属元件165随冲压空气温度变化而弯曲，将调节通气孔155有效开度的盖件160推动。盖件160随冲压空气温度的增高反应所作逆时针方向的旋转，将使通气孔155的有效开度增大，从而降低第一支管130中的压力。与此相似，盖件160随冲压空气温度的下降反应所作顺时针方向旋转，将使通气孔155关闭，从而增高支管130中的压力。支管130中压力的这种变化被传递到腔220中的分配阀205和膜片240上。假设分配阀205中球形元件210的位置如图中所示，冲压 空气温度从稳定状态的上升，将使通气孔155进一步开大，从而降低支管130中膜片240上的压力，并降低盖件225右端上的向下的气压。这便使盖件上的稳态净合力，将盖件向逆时针方向旋转，从而减小主伺服导管110中的通气孔125的有效开度。这便增高了导管110中的伺服压力，从而增高作用在执行机构膜片95上的力。限流器115延迟这种增加的压力对活塞90的影响，从而活塞及膜片向左移，将调压阀55开大，以增大通过管路40进入空气循环致冷机20的气流。

与此相似，再假设分配阀205中的球形元件210的位置如图中所示，冲压空气温度的下降使盖件160减小通气孔155的有效开度，从而增加支管130中膜片240上的压力。这样便使作用在盖件225右端上的向下的力，从稳定状态上升，从而将盖件225按顺时针方向旋转，以增大通气孔125的开度，从而降低主伺服导管110中的压力。在膜片95上的减压，活塞90上的压力便克服膜片上的压力，使活塞和膜向右移动，从而关闭调压阀55，来减少通过管路40进入空气循环机20的气流。

参见图3，用于同时操纵两个空气循环机的导管40中受调节的压力对冲压空气温度变化的控制反应，在图中用线段325表示，冲压空气温度的升高使导管40中的受调节的压力增高，冲压空气温度的下降使导管40中的受调节的压力下降。如线段330所示，柱塞253自由端和盖件225右端之间的距离，使膜片240随冲压空气温度的一个低温范围（小于T₁）内的升、降反应而运动，完全由弹簧245调节，从而膜片的这种运动不影响盖件225的任何运动，而在执行机构65两端的伺服压力便能保持恒定。通气孔155，被第一盖件160有效地关闭时，调压器135限制第一支管130的压力，从而而限制调压阀55的关闭。通气孔155完全关闭时，调压器135也保持支管130中处于恒压。如图3中的线段335所示，当冲压空气温度升高（高于T₂），盖件160将通气孔155开到最大面积时，止动件250就限制膜片240向上运动，从而冲压空气 温度的进一步升高对盖件225的位置、主伺服导管110和执行机构65中的伺服压力不起作用，因此也不影响调压阀55的开度。

如果因为空气循环机25的运转失常，或有低量致冷需要而要求将空气循环机25停止运转时，便向电磁圈150通电，从而将调压器140开放，将支管130中的压力排到外界环境。该调压器的开放实现支管130中标称稳态压力的步进下降，从而盖件225位置的稳态变化转而实现主伺服导管110中标称稳态压力的相应增高。伺服导管110内标称压力的步进变化，实现阀55标称的更大开度的调定。这有提高与从空气循环机单机运转中通过的气流相关的最低调节压力的作用，如图3中线段340所示。如线段345所示，冲压空气温度在这种条件下的变化，会造成阀55置位的相应变化，因此，在两空气循环机同时运转时，也对管路40中的压力作上述的调节。

假如要求补偿调压器140，例如在极低量致冷要求条件下（即空舱条件）的空气循环机单机运转，柱塞320被启动，将通气孔315关闭，而提高第二支管195中的气压。这样提高的压力使分配阀205的阀球210向左滑动，关闭第一支管130以取消第二盖件225对第一支管130内的气压的反应，从而将这时已在第二支管195中增加的压力施加到膜片240上，造成盖件225按与上面叙述相似的方式将通气孔125开放。这样便可以响应低量致冷的要求，把主伺服导管110中和膜片95上的压力减低，从而部分关闭阀55以减少通过空气循环机单机的流量。

熟悉本技术领域的人从上文可以清楚看到，本发明的控制器，可响应冲压空气温度的变化和机舱的致冷需要有效控制空压机向飞机空调系统若干空气循环致冷机供给放气的流量。控制器可将空气循环机的单机运转，迅速而有效转换为多机运转。然而，对空压机放气的有效调节，并不伴随控制器缺乏灵活性的弊病，因为与空气循环机单机运转关连的最低限度调节压力，可迅速地加以调节以补偿致冷要求的变化。

虽然对本发明参照其一特定最佳实施方案作了以上的说明和叙述，但本技术领域中的熟练者可以理解，可对本系统作各种修改，而不脱离本发明的范围。例如，虽然对本发明的控制器的说明参照的是使用两台空气循环致冷机的双发动机飞机，但可理解到本发明可适用于多台的致冷机。根据同样理由，虽然解说了阀和流量控制装置的各种构形，但仍还可用各种等同的装置，而不脱离本说明书中之发明范围。因此，应理解到下面权利要求书既包括已说明的实施方案，但也包括属于本发明实际精神和范围内的一切等同实施方案。

Claims (8)

1、一种飞机机舱空调系统包括一个向该机舱(15)供给冷却空气的第一空气循环致冷系统(20)，从该第一空气循环致冷系统(20)中通过的空气气流可由一个第一调压阀(55)控制，该第一调压阀(55)设置在一个第一主空气流导管(40)内，并由该第一气动阀执行机构(65)操纵，

和该第一调压阀(55)关连的该第一气动阀执行机构(65)由第一控制器(75)操纵，该控制器包括：

一个主伺服导管(110)和该第一主气流导管(40)以及将气压从该主气流沟通到该第一气动阀执行机构(65)，其特征在于：其中的控制器包括：

一个向该机舱(15)供给冷却空气的第二空气致冷系统(25)，从该第二空气致冷系统(25)中通过的空气气流可由一个第二调压阀(60)控制，该第二调压阀(60)设置在一个第二主空气流导管(40)内，并由该第二气动阀执行机构(70)操纵；

该第一控制器(75)还包括：

一个第一调压器(145)和该主伺服导管(110)连接，响应冲压空气温度变化连续调节该主伺服导管中的气压，从而响应该冲压空气温度的变化控制该第一阀执行机构(65)；

一个第二调压器(140)和该主伺服导管(110)连接，从而响应和该第二阀执行机构(70)相连的该第二空气循环系统(25)相关的输入信号来对主伺服导管(110)中气压作步进调节，从而通过该第一阀执行机构(65)实现相应开大该第一调压阀(55)；

对该第二调压器(140)进行补偿的装置(140)和该主伺服导管(110)连接，尽管在该第二空气循环机停止运转时，实现该第一调压阀(55)部分关闭。

2、如权利要求1的飞机机舱空调系统，其特征在于：

一个第一支管（130）和该主伺服导管（110）连接;和

该第一调压器（145）包括一个设置在该第一支管中的第一通气孔（155），该第一通气孔（155）的有效开度是由一个随冲压空气温度变化而改变位置的第一活动盖件（160）来调节。

3、如权利要求2的飞机机舱空调系统，其特征在于：该第二调压器（140）包括一个和该第一支管（130）连接的遥控致动的卸压阀。

4、如权利要求1的飞机机舱空调系统，其特征在于：

一个第一支管（130）和该主伺服导管（110）连接;

该第二调压器（145）设置在该第一支管（110）中以便控制其中的气压;和

一个第二通气孔（125）设置在该主伺服导管（110）中用来调节其中的压力，该第二通气孔（125）的有效开度是由一个随该第一支管（130）中气压的变化而改变位置的第二活动盖件（225）所调节;

对该第二调压器（145）进行补偿的该装置（140）中包括用以选择性地取消该第二活动盖件（225）对该第一支管（130）中气压变化作响应的分配阀（205）。

5、如权利要求4的飞机机舱空调系统，其特征在于：

一个第二支管（195）和该第一支管（130）连接，用来从其中获得增压，

用以选择性取消该第二活动盖件（225）对该第一支管（130）中气压作响应的分配阀（205）包括有使该第二活动盖件（225）随所述的第二支管中气压作响应的装置。

6、如权利要求5中的飞机机舱空调系统，其特征在于：

一个控制执行机构和所述的第二盖件（225）连接用以响应施加在该控制执行机构上的气压调定该第二盖件（225）的位置;

该分配阀（205）在其一对进口处和该第一支管（130）和第二支管（195）连接，而在其一个出口处和该控制执行机构连接;

该分配阀（205）响应输入到该分配阀（205）的输入信号自动地将在该第一支管（130）及第二支管（195）中的最高气压施加在该控制执行机构上。

7、如权利要求5的飞机机舱空调系统，其特征在于：

一个第三通气孔（315）设置在该第二支管（195）中;和

一个用以选择性关闭该第三通气孔（315），以在该第二支管（195）中提供一个步进增加的气压为将所述第二支管（195）中的气压施加在该控制执行机构而致动该分配阀（205）的装置。

8、如权利要求2的飞机机舱空调系统，其特征在于：

一个设置在该第一支管（130）中用以限制该第一支管（130）中的压力的第三调压器（135），从而当该第一通气孔（155）由该第一活动盖件（160）有效关闭时，限制该调压阀（155）的关闭程度。

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