CN103047010B - 一种发动机的进气道唇口的防冰系统以及防冰控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种发动机的进气道唇口的防冰系统，其包括：引气管，其进气口端被连接到高压压气机上以引入高压压气机的热气，其出口端的涡流喷嘴被布置在进气道唇口的环形腔体内以释放所述热气；压力调节关断活门，其布置在引气管上，用于调节引气管内的热气的流量；第一温度传感器，其布置在发动机的进气道唇口的预确定的最热区域上；第二温度传感器，其布置在发动机的进气道唇口的预确定的最冷区域上；控制器，其电连接第一温度传感器、第二温度传感器以及压力调节关断活门，控制器根据第一温度传感器所感应的温度T1、第二温度传感器所感应的温度T2调节压力调节关断活门的开度以使得进气道唇口的温度即不伤害进气道唇口的蒙皮也不使进气道唇口的蒙皮上结冰。
Description
技术领域
本发明涉及发动机的进气道唇口的防冰系统以及防冰控制方法。
背景技术
飞机在结冰气象条件下飞行时，可能发生结冰现象，尤其是发动机器进气道在发动机抽吸作用下更容易结冰。进气道结冰会导致发动机进气道有效进气面积减小，可能引起发动机推力下降和喘振，冰脱落可能损伤发动机风扇叶片，严重的会导致发动机熄火，影响飞行安全。目前，民用飞机发动机进气道均采用热气防冰，按照热气在发动机进气道内部的分配方式，现役民用飞机的发动机进气道防冰可以分为笛形管构型和涡流喷嘴构型。
笛形管构型的代表性机型为B737，在这种构型中，笛形管周向地布置在发动机进气道的唇口内部，笛形管上布置有多个孔，供气管路一端连通到引气源上另一端连通到笛形管上，在供气管路上还设置有诸如引气活门、防冰活门、防冰过热开关、防冰压力开关等辅助开关装置。热气经由这些活门和/或开关的控制进入到笛形管内并经由笛形管上的孔向发动机进气道的唇部喷射，这样，进气道唇部的温度就会升高而避免冰的生成。
涡流喷嘴构型的代表性机型为A320，在这种构型中，引气管的一端连接到发动机高压压气机的某一级上另一端连接有涡流喷嘴，该涡流喷嘴设置到发动机进气道唇口内的某一位置。藉此，发动机高压压气机的温度较高的热气会经由该引气管引入到唇口内，热气流再依靠进气道唇口形成的通道以及进排气口之间的压差贴着进气道唇口蒙皮内侧流动。这样，换热系数从最靠近涡流喷嘴处的蒙皮开始沿周向递减，进气道唇口蒙皮温度相差较大。
发明内容
本发明公开了一种发动机的进气道唇口的防冰系统，其包括：引气管，其进气口端被连接到发动机高压压气机上以引入发动机高压压气机的热气，其出口端的涡流喷嘴被布置在进气道唇口的环形腔体内以释放热气；压力调节关断活门，其布置在引气管上，用于调节引气管内的热气的流量；第一温度传感器，其布置在发动机的进气道唇口的预确定的最热区域上；第二温度传感器，其布置在发动机的进气道唇口的预确定的最冷区域上；以及控制器，其电连接第一温度传感器、第二温度传感器以及压力调节关断活门，控制器根据第一温度传感器所感应的温度T1、第二温度传感器所感应的温度T2调节压力调节关断活门的开度以使得进气道唇口的温度即不伤害进气道唇口的蒙皮也不使进气道唇口的蒙皮上结冰。
具体地，控制器被配置成：当第一温度传感器感应到的温度T1不小于预定温度Tx并且第二温度传感器感应到的温度T2不小于0摄氏度时，减小压力调节关断活门的开度；以及当第一温度传感器感应到的温度T1不大于预定温度Tx并且第二温度传感器感应到的温度T2不大于0摄氏度时，加大压力调节关断活门的开度；其中预定温度Tx为进气道唇口的蒙皮的最高耐受温度和其容限值的差。
本发明还公开了一种发动机的进气道唇口的防冰控制方法，其包括：
将连通有热气的引气管通到进气道唇口的腔体内；
在进气道唇口上确定最热区域和最冷区域；
以第一温度传感器感应进气道唇口的最热区域的温度T1；
以第二温度传感器感应进气道唇口的最冷区域的温度T2；
以控制器内预存储的温度Tx与T1、T2比较以调节热气的流量，Tx为进气道唇口的蒙皮的过热保护温度(即，温度在Tx以下时降低加热功率可以保证蒙皮不受到热损伤)；
其中：当T1≤Tx且T2≤0℃时，增加所热气的流量；以及当T1≥Tx且T2≥0℃时，减少热气的流量。
具体地，最热区域和最冷区域是通过热分析程序对在引气管的热气的作用下进气道唇口的理论模型进行分析而得到的。
更具体地，最热区域和最冷区域是通过冰风洞试验对在引气管的热气的作用下进气道唇口的实际模型进行试验而得到的。
具体地，热气来自发动机高压压气机。
具体地，引气管在进气道唇口的腔体内通过涡流喷嘴喷射。
具体地，调节所述热气的流量通过压力调节关断活门进行。
针对涡流喷嘴构型的换热特性，本发明在传统的涡轮喷嘴构型的基础上增加两个温度传感器，这两个温度传感器分别对进气道唇口的最热区域和最冷区域的蒙皮温度进行监控，控制器根据反馈的温度参数来调节活门的开度，不仅可以直观有效地控制进气道过热同时防止供热不足，而且能在保证系统性能的前提下，尽量降低进气道蒙皮温度，减小引气量。
附图说明
为了解释本发明，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中：
图1示意性地示出了一种发动机的进气道唇口的防冰系统；
图2示意性地示出了图1的防冰系统的防冰控制方法。
不同图中的相似特征由相似的附图标记指示。
具体实施方式
如图1所示，其示出了一种发动机的进气道唇口的防冰系统100。该防冰系统100包括高压压气机102、进气道104、引气管106、压力调节关断活门108、涡流喷嘴110、第一温度传感器112、第二温度传感器114和控制器116。
具体地，该引气管106的进气口端被连接到高压压气机102的某一级上以引入该高压压气机102的热气，其出口端的涡流喷嘴110被布置在进气道104唇口的环形腔体内以释放热气从而用于防止进气道104的唇口上结冰。
压力调节关断活门108布置在引气管106上，用于调节引气管106内的热气的流量。
第一温度传感器112布置在发动机的进气道104唇口的预确定的最热区域上。第二温度传感器114布置在发动机的进气道104唇口的预确定的最冷区域上。其中，该最热区域和最冷区域是通过热分析软件(诸如现有的Fluent、CFX、FENSAP等热分析软件)对引气管106引入热气时的进气道104唇口的理论模型进行分析而得到的。通过该热分析程序进行分析时，需要向前述的热分析软件输入短舱蒙皮数模、物理特性参数、防冰热气的流量、压力、温度等参数再进行简单的数值计算就能初步获得安装温度传感器的两个理论位置，然后通过冰风洞实验验证最终确定温度传感器的两个实际安装位置。可选择地，该最热区域和最冷区域也可以直接通过冰风洞试验对引气管106引入热气时进气道104唇口的实际模型进行分析而得到。
控制器116电连接第一温度传感器112、第二温度传感器114以及压力调节关断活门108，控制器116根据第一温度传感器112所感应的温度T1、第二温度传感器114所感应的温度T2调节压力调节关断活门108的开度以使得进气道104唇口的温度即不伤害进气道104唇口的蒙皮也不使进气道104唇口的蒙皮上结冰。
更具体地，第一温度传感器112的反馈值T1，第二温度传感器114的反馈值T2，预定温度Tx为进气道104唇口的蒙皮的过热保护温度，控制器116根据T1、T2、Tx的值对活门进行调节：
当第一温度传感器112感应到的温度T1不小于预定温度Tx并且第二温度传感器114感应到的温度T2不小于0摄氏度时，减小压力调节关断活门108的开度；以及当第一温度传感器112感应到的温度T1不大于预定温度Tx并且第二温度传感器114感应到的温度T2不大于0摄氏度时，加大压力调节关断活门108的开度。
即：
当T1≤Tx并且T2≥0℃时，保持压力调节关断活门108的开度不变；
当T1≥Tx并且T2≥0℃时，逐步调小压力调节关断活门108的开度；
当T1≤Tx并且T2≤0℃时，逐步调大压力调节关断活门108的开度。
如图2所示，其示出了图1的防冰系统100的防冰控制方法200。具体地，该防冰控制方法包括：
S202：通过热分析程序对在引气管106的热气的作用下进气道104唇口的理论模型进行分析而得到理论的最热区域和最冷区域；
S204：通过冰风洞试验对在引气管106的热气的作用下进气道104唇口的实际模型进行分析而得到实际的最热区域和最冷区域；
S206：将连通有热气的引气管106通到进气道104唇口的腔体内，将第一温度传感器112设置在最热区域上，并将第二温度传感器114设置在最冷区域上；
S208：以第一温度传感器112感应进气道104唇口的最热区域的温度T1，同时，以第二温度传感器114感应进气道104唇口的最冷区域的温度T2；
S210：以控制器116内预存储的过热保护温度Tx与T1、T2比较以调节热气的流量，Tx为进气道104唇口的蒙皮的最高耐受温度和其容限值的差；
其中：当T1≤Tx且T2≤0℃时，增加热气的流量；以及当T1≥Tx且T2≥0℃时，减少热气的流量。
本发明不以任何方式限制于在说明书和附图中呈现的示例性实施方式。示出以及描述的实施方式(的部分)的所有组合明确地理解为并入该说明书之内并且明确地理解为落入本发明的范围内。而且，在如权利要求书概括的本发明的范围内，很多变形是可能的。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。
Claims (9)
1.一种发动机的进气道唇口的防冰系统，其包括：
引气管，其进气口端被连接到高压热气源上，其出口端的涡流喷嘴被布置在进气道唇口的环形腔体内以释放热气；
压力调节关断活门，其布置在所述引气管上，用于调节所述引气管内的热气的流量；
第一温度传感器，其布置在所述发动机的进气道唇口的预确定的最热区域上；
第二温度传感器，其布置在所述发动机的进气道唇口的预确定的最冷区域上；
控制器，其电连接所述第一温度传感器、所述第二温度传感器以及所述压力调节关断活门，所述控制器根据所述第一温度传感器所感应的温度T1、所述第二温度传感器所感应的温度T2与控制器内预存储的过热保护温度Tx相比较，从而调节所述压力调节关断活门的开度以使得所述进气道唇口的温度即不伤害所述进气道唇口的蒙皮也不使所述进气道唇口的蒙皮上结冰。
2.根据权利要求1所述的防冰系统，其特征在于，所述控制器被配置成：当所述第一温度传感器感应到的温度T1不小于过热保护温度Tx并且所述第二温度传感器感应到的温度T2不小于0摄氏度时，减小所述压力调节关断活门的开度；以及当所述第一温度传感器感应到的温度T1不大于预定温度Tx并且所述第二温度传感器感应到的温度T2不大于0摄氏度时，加大所述压力调节关断活门的开度。
3.根据权利要求1所述的防冰系统，其特征在于，所述高压热气源为发动机的高压压气机。
4.一种发动机的进气道唇口的防冰控制方法，其包括：
将连通有热气的引气管通到所述进气道唇口的腔体内，热气在进气道唇口的环形腔体内流动，加热进气道唇口的蒙皮；
在所述进气道唇口上确定最热区域和最冷区域；
以第一温度传感器感应所述进气道唇口的所述最热区域的温度T1；
以第二温度传感器感应所述进气道唇口的所述最冷区域的温度T2；
以控制器内预存储的过热保护温度Tx与T1、T2比较以调节所述热气的流量，所述Tx为所述进气道唇口的蒙皮的最高耐受温度和其容限值的差；
其中：
当T1≤Tx且T2≤0℃时，增加所述热气的流量；以及
当T1≥Tx且T2≥0℃时，减少所述热气的流量。
5.根据权利要求4所述的防冰控制方法，其特征在于，所述最热区域和最冷区域是通过热分析程序对在引气管的热气的作用下进气道唇口的理论模型进行分析而得到的。
6.根据权利要求4或5所述的防冰控制方法，其特征在于，所述最热区域和最冷区域是通过冰风洞试验对在引气管的热气的作用下进气道唇口的实际模型进行分析而得到的。
7.根据权利要求4所述的防冰控制方法，其特征在于，所述热气来自发动机高压压气机。
8.根据权利要求4所述的防冰控制方法，其特征在于，所述引气管在所述进气道唇口的腔体内通过涡流喷嘴喷射。
9.根据权利要求4所述的防冰控制方法，其特征在于，基于T1与T2的值调节所述热气的流量通过压力调节关断活门进行。
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