CN105270608A - 具有被动气动致动器的飞机进气口系统 - Google Patents

Abstract

提供飞机和进气口系统。飞机包括内部隔室、外皮、进气口、可移动元件和被动气动致动器。在飞行期间处于舱室压力下，内部隔室封装基本上恒定的内部空气质量，并且外皮至少部分地限定通风腔。进气口设置在外皮上，并连通在通风腔和飞机所处的外部环境之间的空气。可移动元件在进气口上方的打开位置和关闭位置之间是可移动的，以便限定通过进气口的空气流动面积。被动气动致动器可操作地与可移动元件耦接并基于内部空气质量和外部环境之间的压差响应于飞机渐增的海拔高度而朝向关闭位置移动可移动元件。

Description

具有被动气动致动器的飞机进气口系统

技术领域

本技术领域通常涉及用于飞机的进气口系统，以及更具体地涉及具有用于被动调节开口的被动气动致动器的进气口系统。

背景技术

常规的客机包括在飞行过程中不加压的一个或多个通风腔。一个典型的通风腔存在于机翼-机身整流罩(wing-to-bodyfairing)内，所述整流罩形成在机身和机翼之间的混合空气动力学表面。这些机翼-机身整流罩通常用进气口或空气入口进行通风，以便去除可能包含燃油蒸气的空气。另一种典型的通风腔是用于在飞机上的环境控制系统的热交换器的封壳。

随着飞机速度的增加，通过这些通风腔的空气流动通过固定面积的进气口而增加。该增加的空气流动导致飞机的舱室内的过量噪声，并能够增加飞机上的空气动力阻力。用于降低这种过量噪声和阻力的一个解决方案是调节进气口的面积。这种调节通常通过使用电动致动器和传感器来主动管理进气口的面积来完成。这些主动管理的进气口具有需要附加的电子组件和给飞机增加复杂性的缺点。

因此，希望提供具有调节面积的进气口系统，其具有降低的管理复杂性。此外，其它所需特征和特性从随后的发明内容和详细描述以及所附的权利要求、结合附图和本背景技术将变得显而易见。

发明内容

本文公开飞机和用于飞机的进气口系统的各种非限制性的实施例。

在第一非限制性的实施例中，飞机包括但不限于内部隔室、外皮、进气口、可移动元件和被动气动致动器。在飞行期间在舱室压力下，内部隔室封装基本上恒定的内部空气质量，并且外皮至少部分地限定通风腔。进气口设置在外皮上，并连通在通风腔和飞机所处的外部环境之间的空气。可移动元件在进气口上方的打开位置和关闭位置之间移动，以便限定通过进气口的空气流动面积。被动气动致动器可操作地与可移动元件耦接并且响应于飞机渐增的海拔高度基于内部空气质量和外部环境之间的压差而朝向关闭位置移动可移动元件。

在第二非限制性实施例中，进气口系统包括但不限于进气口、可移动元件和被动气动致动器。进气口配置成设置于飞机的外皮上并配置成连通在通风腔和飞机所处的外部环境之间的空气。可移动元件在进气口上方的打开位置和关闭位置之间移动，以便限定通过进气口的空气流动面积。被动气动致动器可操作地与可移动元件耦接并且配置成响应于飞机渐增的海拔高度基于在外部环境和基本上恒定的内部空气质量之间的压差而朝向关闭位置移动可移动元件，其中基本上恒定的内部空气质量在飞机的飞行期间在舱室压力下由飞机的内部隔室所封装。

附图说明

因为本发明的优点通过参照当结合附图考虑时的以下的具体描述变得更容易理解，所以将容易领会到本发明的优点，其中：

图1是示出根据本公开教导的飞机非限制性实施例的侧视图；

图2A和图2B是示出根据本公开教导的图1所示进气口系统的非限制性实施例的横截面视图；

图3是示出根据本公开教导的图1所示进气口系统的非限制性实施例的横截面视图；

图4和图5是示出根据本公开教导的图1所示进气口系统的被动气动致动器的非限制性实施例的横截面视图；和

图6A和图6B是示出根据本公开教导的图1所示进气口系统的非限制性实施例的横截面视图。

具体实施方式

以下的详细描述在本质上仅仅是示例性的，而且不旨在限制本发明或本发明的应用和使用。此外，不旨在受到在前述背景技术或以下的详细描述中所呈现的任何理论约束。

本文公开了飞机和进气口系统的各种非限制性实施例。通过考虑伴随本申请的图示连同考虑以下的详细描述可获得对飞机和进气口系统的更深入理解。

图1是示出根据本公开教导的飞机100的非限制性实施例的侧视图。飞机100包括外皮108、内部隔室110、机翼-机身整流罩112、整流罩腔115、环境控制系统(ECS)隔室114和进气口系统118。外皮108限定飞机100的外周，当飞机在空中飞行时所述外周由外部气流润湿，所述外周包括机身蒙皮109、机翼、尾翼和发动机以及它们的相关空气动力整流罩的部分。该实施例包括机身蒙皮、机翼-机身整流罩112和ECS隔室114的部分。机翼-机身整流罩112是外皮108的子设备。

内部隔室110是压力容器，该压力容器包括飞机100的舱室和驾驶舱。当飞机100在飞行时，各种增压组件(未示出)保持内部隔室110处于舱室压力下，如本领域内的那些技术人员能够理解的那样。由内部隔室110封装的内部空气质量通常保持在高于外部环境119的较高压力下，以保持乘客舒适性。

整流罩腔115和ECS隔室114是通风腔，在飞机100的飞行期间通风腔不加压并具有在量值上类似于外部环境119的内部压力。根据美国联邦航空管理局的规定基于从整流罩腔115去除潜在的燃油蒸气，对机翼-机身整流罩112进行通风。ECS隔室114是通风的，以便将冷却空气提供给ECS的空调部分的热交换器组件。

进气口系统118设置于外皮108上并配置成连通在通风腔(例如，整流罩腔115和ECS隔室114)和飞机100所处的外部环境119之间的空气。在不脱离本公开范围的情况下，进气口系统118可包括空气入口或空气出口。在一些实施例中，进气口系统118包括空气入口，以及通风腔包括常规空气出口。

进一步参照图2A和图2B，横截面视图示出根据本公开教导的进气口系统118的非限制性实施例。每个进气口系统118包括进气口120、可移动元件122、被动气动致动器124、压力致动阀126、空气压力供给管线133和两个弹性构件128。进气口系统118基于飞机100的海拔高度在打开位置和关闭位置之间是可移动的，如将在下面描述的那样。在打开位置，空气流动面积被最大化，空气能够通过空气流动面积流动通过进气口系统118和通风腔。对最大化的空气流动面积进行预先选择，以便基于飞机100的低速操作(诸如在起飞/降落和10,000英尺以下的飞行期间)提供空气流动。在关闭位置下，空气流动面积被最小化，空气能够通过其流动通过进气口系统118和通风腔。通常对最小化的空气流动面积进行预先选择，以便基于飞机100的高速操作(诸如，当飞机100处于巡航速度时)提供空气流动。

进气口120是在外皮108中的孔或开口。在所提供的实例中，进气口120包括从外皮108延伸进入通风腔的固定构件130。固定构件130提供反作用力到被动气动致动器124和弹性构件128上，如将在下面描述的那样。进气口120可具有各种形状以便减少飞机100内的风噪声或飞机100上的阻力，如本领域内的那些技术人员能够理解的那样。

可移动元件122在进气口120上方的打开位置和关闭位置之间是可移动的，以便限定通过进气口120的空气流动面积。可移动元件122的打开位置和关闭位置限定进气口系统118的打开位置和关闭位置，如本领域内的那些技术人员能够理解的那样。通过改变空气流动面积，通过通风腔的空气流动可被调节以便减少在飞机100通常处于巡航速度下的更高的海拔高度下的空气流动。在所提供的实例中，可移动元件122是铰接坡道(articulatingramp)，其通过铰链132固定到进气口120或外皮108。

被动气动致动器124可操作地与可移动元件122耦接。被动气动致动器124还配置成响应于飞机100渐增的海拔高度基于在内部隔室110内的内部空气质量和外部环境119之间的压差而朝向关闭位置移动可移动元件122。如本领域内的那些技术人员能够理解的那样，随着飞机100的海拔高度的增加，外部环境119中的大气压力减小。在不脱离本公开范围的情况下，由被动气动致动器124和弹性构件128所提供的力可针对特定应用变化并且被优化。

在所提供的实例中，被动气动致动器124是气囊，其使得可移动元件122围绕铰链132旋转。在一些实施例中，被动气动致动器124是波纹管系统、气动活塞或可基于压差用于被动致动可移动元件122的任何其它设备。当飞机100处于巡航海拔高度下时，被动气动致动器124配置成使可移动元件122处于关闭位置下。如本领域内的那些技术人员能够理解的那样，当处于巡航海拔高度下时，飞机100通常以巡航速度行进。在巡航速度下，当可移动元件122处于关闭位置下时，进气口系统118的空气流动面积足以使得通风腔进行通风。

内部隔室110的内部空气质量比用于致动被动气动致动器124的空气体积大得多。因此，在内部隔室110内的内部空气质量的空气压力可被认为是在被动气动致动器124和可移动元件122的整个可移动范围内基本上恒定。

压力致动阀126可操作地耦接在内部隔室110的内部空气质量和被动气动致动器124之间。当内部隔室110和外部环境119之间的压差低于阈值时，压力致动阀126限制从内部隔室110到被动气动致动器124的空气流动。通过实例的方式，压力致动阀126可选择成在具体的磅/平方英寸(压差)打开并在低的海拔高度和速度下保持气口系统118处于打开位置。被动气动致动器124还可包含小的出口端口131，以允许加压的空气缓慢逸出，这样当压力致动阀126关闭时，加压空气不被困于被动气动致动器124内。在一些实施例中，压力致动阀126被省略，并且内部空气质量与可移动元件130直接流体连通。

在所提供的实例中，弹性构件128是在固定构件130和可移动元件122之间拉紧的螺旋弹簧。在其它实施例中，可以使用其它类型的弹性构件。弹性构件128内的张力将可移动元件122朝向固定构件130并远离外皮108拉动，以便迫使进气口系统118进入到打开位置。被动气动致动器124、弹性构件128和压力致动阀126配合以便当飞机低于阈值的海拔高度时将可移动元件122定位在打开位置下以便最大化空气流动面积。如本领域内的那些技术人员能够理解的那样，在低的海拔高度下，飞机100通常以低空气速度行进，并且希望最大化的空气流动面积来提供整流罩腔115或ECS隔室114的足够通风。应当领会的是在不脱离本公开范围的情况下，在任何给定的实施方式中可以使用任意数量的弹性构件128。

进一步参照图3，横截面视图示出根据本公开教导的进气口系统118′的非限制性实施例。进气口系统118′类似于进气口系统118，其中相似的附图标记指代相同的组件。但是，进气口系统118′包括可移动元件122′、被动气动致动器124′、弹性构件128′以及附加的固定构件130′。

可移动元件122′是平移跨过进气口120以改变进气口系统118′的空气流动面积的截流构件(guillotinemember)。应当领会的是，在不脱离本公开范围的情况下，可移动元件122′可在任何方向上平移跨过进气口120。可移动元件122′与外皮108的内表面滑动接合。被动气动致动器124′可以是任何合适的系统，诸如气动活塞和气缸系统、波纹管或囊。气动致动器124′的第一侧140通过压力致动阀126和空气压力供给管线133与内部隔室110气动连通。气动致动器124′的第二侧142与外部环境119气动连通。在内部隔室110与外部环境119之间的压差提供跨越气动致动器124′的活塞的净力(netforce)，以便使可移动元件122′平移。

固定构件130′类似于固定构件130。但是，固定构件130′固定到飞机100的外皮108或其它结构组件，并与进气口120分离。在所提供的实例中，固定构件130′相对于通过整流罩腔115或ECS隔室114的空气流动设置于进气口120的下游。弹性构件128′类似于弹性构件128，但设置于固定构件130′和可移动元件122′之间。

现在参照图4，横截面视图示出根据本公开教导的被动气动致动器200的非限制性实施例。在进气口系统118或118′中可用被动气动致动器200来代替被动气动致动器124和/或被动气动致动器124′或除了被动气动致动器124和/或被动气动致动器124′之外还使用被动气动致动器200。被动气动致动器200是圆柱形的“油罐”设计，其具有将封闭腔212从整流罩腔115分离的隔膜210。致动杆262与可移动元件122连通。随着封闭腔212和整流罩腔115之间的压差变化，隔膜210挠曲并通过致动杆262调节施加到可移动元件122上的力，以便改变空气流动面积，如本领域内的那些技术人员能够理解的那样。弹性构件254被压缩在隔膜210的外表面和固定构件130之间以便偏压致动杆262并迫使可移动元件122朝向打开位置移动。当整流罩腔115中的压力高于封闭腔212中的压力时，止回阀127允许封闭腔212的再加压。

现在参照图5，横截面视图示出根据本公开教导的被动气动致动器250的非限制性实施例。在进气口系统118或118′中可用被动气动致动器250来代替被动气动致动器124和/或被动气动致动器124′或除了被动气动致动器124和/或被动气动致动器124′之外还使用被动气动致动器250。被动气动致动器250是类似于被动气动致动器124′的气动活塞设计，其中相似的附图标记指代相似的组件。但是，被动气动致动器250包括囊252和弹性构件254。

囊252与压力致动止回阀127气动连通并设置于通到活塞260第一侧的第一腔140内。致动杆262从活塞260的第二侧延伸并与可移动元件122或可移动元件122′耦接。随着内部隔室110和外部环境119之间的压差变化，囊252膨胀并调节施加到可移动元件122上的力，以改变空气流动面积，如本领域内的那些技术人员能够理解的那样。弹性构件254在活塞260的第二侧和固定构件130之间被压缩以偏压活塞260并迫使可移动元件122朝向打开位置移动。

现在参照图6A和图6B，横截面视图示出根据本公开教导的进气口系统300的非限制性实施例。进气口系统300类似于进气口系统118和进气口系统118′，其中相似的附图标记指代相似的组件。但是进气口系统300包括被动气动致动器310和可移动元件312。

被动气动致动器310是空气波纹管设备，其基于在波纹管设备的内部和外部之间的压差膨胀或收缩。空气波纹管设备的内部通过压力致动阀126和压力供给管线133与内部隔室110气动连通。空气波纹管设备的外部暴露于整流罩腔115。在一些实施例中，被动气动致动器310是波纹管设备，其具有密封体积的空气或接近真空体积的空气，其省略压力致动阀126。在这种实施例中，在飞机100的低海拔高度下，波纹管的内部体积与外部环境119之间的压力变化量引起波纹管收缩并迫使可移动元件312朝向打开位置移动。

可移动元件312是类似于可移动元件122的铰接坡道。但是，可移动元件312包括限定槽320的第一部分316和第二部分318。第一部分316和第二部分318包括外表面322，当进气口系统300处于关闭位置下时，所述外表面322与外皮108基本上共平面。在第一部分316和第二部分318之间的槽320限定最小化的空气流动面积，以允许当进气口系统300处于关闭位置下时空气流过通风腔。

尽管在本发明的前面详细描述中已经呈现出至少一个示例性实施例，但是应当领会的是存在大量的变化。还应当领会的是，一个或多个示例性实施例仅仅是实例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将给本领域内的那些技术人员提供用于实施本发明示例性实施例的方便路线图。应当理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可对示例性实施例中所描述的元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (20)

1.一种飞机，其包括：

内部隔室，在飞机飞行期间在舱室压力下，内部隔室配置成封装基本上恒定的内部空气质量；

外皮，其至少部分地限定通风腔；

进气口，其设置在外皮上，并配置成在通风腔和飞机所处的外部环境之间连通空气；

可移动元件，其能够在进气口上方的打开位置和关闭位置之间移动，以便限定通过进气口的空气流动面积；以及

被动气动致动器，其可操作地与可移动元件耦接并配置成响应于飞机渐增的海拔高度基于在内部空气质量和外部环境之间的压差而朝向关闭位置移动可移动元件。

2.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于内部隔室至少部分地限定飞机的舱室和驾驶舱。

3.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于进一步包括朝向打开位置偏压可移动元件的弹性构件。

4.根据权利要求3所述的飞机，其特征在于当飞机低于阈值的海拔高度时，被动气动致动器和弹性构件配合以将所述可移动元件定位在打开位置下，以最大化空气流动面积。

5.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于被动气动致动器配置成当飞机处于巡航海拔高度时将可移动元件定位在关闭位置，以最小化空气流动面积。

6.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于还包括在所述内部空气质量和被动气动致动器之间耦接的压力致动阀，其中所述压力致动阀配置成当压差低于阈值时限制从内部隔室到被动气动致动器的空气流动。

7.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于通风腔是机翼-机身整流罩。

8.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于通风腔封装环境控制系统的组件。

9.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于可移动元件是通过铰链固定到进气口的铰接坡道，并且其中所述被动气动致动器配置成使得铰接坡道围绕所述铰链旋转。

10.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于可移动元件是截流构件，并且其中所述被动气动致动器配置成使得截流构件平移跨过进气口以改变空气流动面积。

11.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于被动气动致动器是气囊和空气波纹管中的其中一个。

12.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于被动气动致动器是气动活塞。

13.一种用于飞机的进气口系统，所述进气口系统包括：

进气口，其配置成设置于飞机的外皮上并配置成在通风腔和飞机所处的外部环境之间连通空气；

可移动元件，其能够在进气口上方的打开位置和关闭位置之间移动，以便限定通过进气口的空气流动面积；和

被动气动致动器，其可操作地与可移动元件耦接并配置成响应于飞机渐增的海拔高度基于在外部环境和基本上恒定的内部空气质量之间的压差而朝向关闭位置移动可移动元件，其中内部空气质量在飞机飞行期间在舱室压力下由飞机的内部隔室来封装。

14.根据权利要求13所述的进气口系统，其特征在于还包括朝向打开位置偏压可移动元件的弹性构件。

15.根据权利要求14所述的进气口系统，其特征在于当飞机低于阈值的海拔高度时，被动气动致动器和弹性构件配合以将所述可移动元件定位在打开位置下，以最大化空气流动面积。

16.根据权利要求13所述的进气口系统，其特征在于被动气动致动器配置成当飞机处于巡航的海拔高度时将可移动元件定位在关闭位置下，以最小化空气流动面积。

17.根据权利要求13所述的进气口系统，其特征在于还包括与被动气动致动器耦接的压力致动阀，其中所述压力致动阀配置成当压差低于阈值时限制从所述内部隔室到被动气动致动器的空气流动。

18.根据权利要求13所述的进气口系统，其特征在于所述进气口系统配置成给机翼-机身整流罩和封装环境控制系统组件的腔中的其中一个提供通风。

19.根据权利要求13所述的进气口系统，其特征在于可移动元件是通过铰链固定到进气口的铰接坡道，并且其中所述被动气动致动器配置成使得铰接坡道围绕所述铰链旋转。

20.根据权利要求13所述的进气口系统，其特征在于可移动元件是截流构件，并且其中所述被动气动致动器配置成使得截流构件平移跨过进气口以改变空气流动面积。