CN102756807A - 一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构及应用方法 - Google Patents
一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构及应用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及飞机环境控制领域，尤其适用于飞机液冷系统和环控系统综合一体化设计。本发明涉及的飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构由液冷系统1、环控系统2和冲压进气道3组成；液冷系统1的空-液热交换器4安装在环控系统2的次级热交换器5前部，环控系统2的初级热交换器6安装在发动机短舱7中，预冷器8之前；液冷系统1的空-液热交换器4和环控系统2的次级热交换器5共用冲压进气道3。本发明可大大减少液冷系统和环控系统所需冲压空气总量，进而使飞机燃油代偿损失减少，续航时间增加。
Description
技术领域
本发明涉及飞机环境控制领域，尤其适用于飞机液冷系统和环控系统综合一体化设计。
背景技术
目前国内、外飞机环境控制系统多数采用液冷系统和环控系统分别设置单独冲压进气道的结构，即液冷系统和环控系统均有自己单独的冲压进气道。该结构优点是液冷系统和环控系统设置单独冲压进气道，结构简单、控制逻辑简单。缺点是液冷系统和环控系统设置单独冲压进气道所需冲压空气量较大，同时对飞机的燃油代偿损失也比较大。
发明内容
本发明的目的是：通过对飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的研究，设计研究一种减少冲压进气道个数、减少所需冲压空气总量、降低飞机燃油代偿损失、充分利用飞机有限能源的结构及应用方法。
本发明的技术方案是：一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构，所述结构由液冷系统1、环控系统2和冲压进气道3组成；液冷系统1的空-液热交换器4安装在环控系统2的次级热交换器5前部，环控系统2的初级热交换器6安装在发动机短舱7中，预冷器8之前；液冷系统1的空-液热交换器4和环控系统2的次级热交换器5共用冲压进气道3。
一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的应用方法，其共用冲压进气道的应用方法步骤如下：
步骤一：采用上述的飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构；
步骤二：根据液冷系统1相关参数，使用公式
计算出经过液冷系统1的空-液热交换器4的温升Δt；
步骤三：使用公式TH＝T-0.0065*H计算出液冷系统1设计点高度的外界环境温度TH；
步骤四：使用公式
计算出液冷系统1空-液热交换器3进口温度T*；
步骤五：根据环控系统2次级热交换器5冷边进口温度=液冷系统1空-液热交换器4进口温度+液冷系统1空-液热交换器4的温升，得到环控系统2次级热交换器5冷边进口温度；
步骤六：判断环控系统2次级热交换器5冷边进口温度和环控系统2设计点处，次级热交换器5冷边进口温度的关系，对应选择下列分步骤A或分步骤B；
分步骤A:如环控系统2次级热交换器5冷边进口温度≤环控系统2设计点处，次级热交换器5冷边进口温度，则匹配后的冲压空气流量即为液冷系统1所需的冲压空气流量；
分步骤B:如环控系统2次级热交换器5冷边进口温度＞环控系统2设计点处，次级热交换器5冷边进口温度，此时需增大冷边冲压空气流量，直至环控系统2次级热交换器5冷边进口温度=环控系统2设计点处，次级热交换器5冷边进口温度。最终的冷边冲压空气流量即为匹配后的冷边冲压空气流量。
本发明的有益效果是：可大大减少液冷系统和环控系统所需冲压空气总量，进而使飞机燃油代偿损失减少，续航时间增加；使液冷系统和环控系统冲压进气道的个数由3个减少为1个或2个，大大降低了结构布置的复杂程度，同时为飞机节约了一定的空间和面积；通过减少了冲压进气道个数，可使液冷系统和环控系统总重量减少，结构布置更加简单；液冷系统可有效利用了环控系统在高空的剩余冷源，最大程度的减少液冷系统和环控系统所需冲压空气总量。
附图说明
图1是共用一个冲压进气道的示意图；
图2是共用一个冲压进气道并后部为两个通道的示意图；
图3是共用两个冲压进气道的示意图；
其中1为液冷系统，2为环控系统，3为冲压进气道，4为液冷系统1的空-液热交换器，5为环控系统2的次级热交换器，6为环控系统2的初级热交换器，7为发动机短舱，8为预冷器。
具体实施方式
实施例1
一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构由液冷系统1、环控系统2和冲压进气道3组成；液冷系统1的空-液热交换器4安装在环控系统2的次级热交换器5的前部。环控系统2的初级热交换6安装在发动机短舱7中，预冷器8之前；在此基础上，液冷系统1和环控系统2共用冲压进气道3，参考附图1，液冷系统1的空-液热交换器4和环控系统2的次级热交换器5共用一个冲压进气道3，冲压进气道3布置在机身顶部或底部。
实施例2
参考附图2，在实施例1的基础上，液冷系统1的空-液热交换器4和环控系统2的次级热交换器5共用一个冲压进气道3，冲压进气道3后部分成两个通道，两个环控系统的次级热交换器5分别安装在两个通道中，冲压进气道3布置在机身顶部或底部。
实施例3
参考附图2，在实施例1的基础上，液冷系统1的空-液热交换器4和环控系统2的次级热交换器5共用两个冲压进气道3，冲压进气道3对称布置在机身两侧。
实施例4：
一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的应用方法，具体步骤如下:
步骤1：采用实施例1、2或3所述的飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构；
步骤2：根据液冷系统1热载荷、所需冲压空气质量流量和空气定压比热容，使用公式计算出经过液冷系统1的空-液热交换器4的温升Δt，其中Δt：经过液冷系统1的空-液热交换器4的温升，单位（℃），Q：热载荷,单位（kw），CP：空气定压比热容，单位（kJ/kg.℃），m：冲压空气质量流量，单位（kg/s）；
飞机的地面温度：38℃，飞行马赫数：0.4，液冷系统热载荷：28kW，液冷系统开机高度：5km，液冷系统设计点冲压空气流量：5000kg/h。计算出：经过液冷系统空-液热交换器的温升Δt=20℃；
步骤3：使用公式TH＝T-0.0065*H计算出设计点高度的外界环境温度TH,其中TH为高度H处的外界环境温度，单位（℃），T为地面设计点温度，单位（℃），H为飞行高度，单位（m）；计算出：5km高度时，对应地面38℃外界环境温度TH=5.5℃
步骤4，使用公式
计算出液冷系统空-液热交换器进口温度T*，其中；T*：液冷系统空-液热交换器进口温度，单位（℃），T：外界环境温度，单位（℃），Ma：飞行马赫数；计算出：液冷系统空-液热交换器进口温度T*=13.9℃
步骤5，根据环控系统2次级热交换器5冷边进口温度=液冷系统1空-液热交换器4进口温度+液冷系统1空-液热交换器4的温升，得到环控系统2次级热交换器5冷边进口温度；
计算出：环控系统次级热交换器冷边进口温度=33.9℃
步骤6，判断环控系统2次级热交换器5冷边进口温度和环控系统2设计点处，次级热交换器5冷边进口温度的关系，对应选择下列分步骤A或分步骤B；如环控系统设计点为地面38℃；此时，环控系统次级热交换器冷边进口温度33.9℃<环控系统2设计点处，次级热交换器5冷边进口温度38℃，选择分步骤A。
如环控系统设计点为地面30℃，此时，环控系统次级热交换器冷边进口温度33.9℃>环控系统2设计点处，次级热交换器5冷边进口温度30℃，选择分步骤B。
分步骤A:如环控系统2次级热交换器5冷边进口温度≤环控系统2设计点处，次级热交换器5冷边进口温度，则匹配后的冲压空气流量即为液冷系统1所需的冲压空气流量；
可得出匹配后的冲压空气流量即为液冷系统1所需的冲压空气流量5000kg/h。
分步骤B：如环控系统2次级热交换器5冷边进口温度＞环控系统2设计点处，次级热交换器5冷边进口温度，此时需增大冷边冲压空气流量，直至环控系统2次级热交换器5冷边进口温度=环控系统2设计点处，次级热交换器5冷边进口温度。最终的冷边冲压空气流量即为匹配后的冷边冲压空气流量。
通过步骤4可知：液冷系统空-液热交换器进口温度T*=13.9℃，此时根据步骤5可以计算出液冷系统1空-液热交换器4的温升Δt=16.1℃，根据步骤2中的公式可以计算出所需冲压空气质量流量m=6236kg/h，则最终的冷边冲压空气流量即为匹配后的冷边冲压空气流量为6236kg/h。
Claims (5)
1.一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构，所述结构由液冷系统（1）、环控系统（2）和冲压进气道（3）组成；液冷系统（1）空-液热交换器（4）安装在环控系统（2）次级热交换器（5）前部，环控系统（2）初级热交换器（6）安装在发动机短舱（7）中，预冷器（8）之前；液冷系统（1）空-液热交换器（4）和环控系统（2）次级热交换器（5）共用冲压进气道（3）。
2.如权利要求1所述的一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构，其特征在于：液冷系统（1）空-液热交换器（4）和环控系统（2）次级热交换器（5）共用一个冲压进气道（3），冲压进气道（3）布置在机身顶部或底部。
3.如权利要求1所述的一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构，其特征在于：液冷系统（1）空-液热交换器（4）和环控系统（2）次级热交换器（5）共用一个冲压进气道（3），冲压进气道（3）后部分成两个通道，两个环控系统的次级热交换器（5）分别安装在两个通道中，冲压进气道（3）布置在机身顶部或底部。
4.如权利要求1所述的一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构，其特征在于：液冷系统（1）空-液热交换器（4）和环控系统（2）次级热交换器（5）共用两个冲压进气道（3），冲压进气道（3）对称布置在机身两侧。
5.一种飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的应用方法，其共用冲压进气道的应用方法步骤如下：
步骤一：采用如权利要求1、2、3或4所述的飞机液冷系统和环控系统共用冲压进气道的结构；
步骤二：根据液冷系统（1）热载荷、所需冲压空气质量流量和空气定压比热容，使用公式
计算出经过液冷系统（1）空-液热交换器（4）的温升Δt，其中Δt为经过液冷系统（1）空-液热交换器（4）的温升，单位为℃，Q为热载荷,单位为kw，CP为空气定压比热容，单位为kJ/kg/℃，m为冲压空气质量流量，单位为kg/s；
步骤三：使用公式TH＝T-0.0065*H计算出设计点高度的外界环境温度TH,其中TH为高度H处的外界环境温度，单位为℃，T为地面设计点温度，单位为℃，H为飞行高度，单位为m；
步骤四：使用公式
计算出液冷系统空-液热交换器（4）进口温度T*，其中T*为液冷系统空-液热交换器进口温度，单位为℃，T为外界环境温度，单位为℃，Ma为飞行马赫数；
步骤五：根据环控系统（2）次级热交换器（5）冷边进口温度=液冷系统（1）空-液热交换器（4）进口温度+液冷系统（1）空-液热交换器（4）的温升，得到环控系统（2）次级热交换器（5）冷边进口温度；
步骤六：判断环控系统（2）次级热交换器（5）冷边进口温度和环控系统（2）设计点处，次级热交换器（5）冷边进口温度的关系，对应选择下列分步骤A或分步骤B；
分步骤A:如环控系统（2）次级热交换器（5）冷边进口温度≤环控系统（2）设计点处，次级热交换器（5）冷边进口温度，则匹配后的冲压空气流量即为液冷系统（1）所需的冲压空气流量；
分步骤B:如环控系统（2）次级热交换器（5）冷边进口温度＞环控系统（2）设计点处，次级热交换器（5）冷边进口温度，此时需增大冷边冲压空气流量，直至环控系统（2）次级热交换器（5）冷边进口温度=环控系统（2）设计点处，次级热交换器（5）冷边进口温度。最终的冷边冲压空气流量即为匹配后的冷边冲压空气流量。
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