CN105398567B - 用于飞行器的空气产生单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞行器(100)的空气产生单元(1)、空气产生设备(10)、飞行器(100)以及操作飞行器(100)的空气产生单元(1)的方法。飞行器(100)的空气产生单元(1)包括空气供给装置(2)和控制单元(3)。空气供给装置(2)构造成向飞行器机舱的空气调节系统(4)供给空气。空气供给装置(2)进一步或替代性地构造成向飞行器(100)的流动控制系统(5)供给空气。控制单元(3)配置成在飞行器(100)巡航状态期间向空气调节系统(4)提供的空气量比向流动控制系统(5)提供的空气量更大。控制单元(3)进一步配置成在飞行器(100)起飞和/或着陆状态期间向流动控制系统(5)提供的空气量比向空气调节系统(4)提供的空气量更大。

Description

用于飞行器的空气产生单元
相关申请的交叉引用
本申请要求日期为2014年9月9日的欧洲专利申请EP14 184 043.6的申请日的权益，该申请的公开内容在此通过参引并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于飞行器的空气产生单元、空气产生设备、飞行器和用于操作飞行器中的空气产生单元的方法。
背景技术
US 2009/014593 A1公开了一种飞行器上的冷却系统，该冷却系统包括用于通过抽吸来移除边界层空气的装置和已通过抽吸而移除的边界层空气所流动穿过的热交换器。
US 2003/150962 A1公开了一种通过将抽吸峰值区域与反向压力梯度区域联接来延缓与流体流中的固体的流动分离的方法。
飞行器的多个装置——例如空气调节系统或流动控制系统——需要必须由某种空气源提供的增压空气。按照惯例，增压空气由压缩机组供给或像涡轮风扇发动机的引气一样来获取。然而，可以改进这种空气供给。例如，压缩机组对飞行器重量有显著影响，而从性能的观点来看，联接至涡轮风扇发动机是不利的。
发明内容
因此，可能需要提供一种改进的用于飞行器的空气产生单元，该空气产生单元允许减轻飞行器的重量。
本发明的问题通过独立权利要求的主题来解决，其中，其他实施方式体现在从属权利要求中。应当指出的是，下面所描述的本发明的各方面也适用于飞行器的空气产生单元、空气产生设备、飞行器以及用于操作飞行器中的空气产生单元的方法。
根据本发明，提出了一种用于飞行器的空气产生单元。用于飞行器的空气产生单元包括空气供给装置和控制单元。空气供给装置构造成向飞行器机舱的空气调节系统供给空气。空气供给装置进一步或替代性地构造成向飞行器的流动控制系统供给空气。控制单元配置成在飞行器的巡航状态期间向空气调节系统提供的空气的量比向流动控制系统提供的空气的量更大。控制单元进一步配置成在飞行器的起飞和/或着陆状态期间向流动控制系统提供的空气的量比向空气调节系统提供的空气的量更大。
因此，本发明提供了一种用于机舱空气状况/增压和流动控制空气供给的一体化单元。换句话说，空气产生单元用于机舱增压和机舱空气调节以及用于流动控制空气供给。该双重用途的基础结构为飞行器提供了重量益处。此外，与压缩机组和涡轮风扇发动机断开联接是可能的。
相比巡航期间，甚至有时相比切换期间，在起飞和着陆期间以低得多的程度需要增压和空气调节以使得空气产生单元可以用来向流动控制装置供给增压空气。然而，相比起飞和着陆期间，甚至有时相比切换期间，在巡航期间以低得多的程度需要流动控制以使得空气产生单元可以用来向空气调节系统供给增压空气。因此，空气产生单元可以根据巡航要求来定尺寸。
流动控制系统可以用于例如防止气流与翼型部分或与另一流动体分离或分开或者用于重新附上已经与翼型部分或其他流动体分开或分离的气流。流动控制系统还可以构造成在巡航期间为了更好的阻力而提供边界层抽吸以吸入正分开的或已分开的边界层或者防止层流湍流过渡。因此，流动控制可以在保持迎角恒定的同时通过消除分离而引起升力增加，或者通过延缓特定表面的失速以获得更大的气流入射度，因此同样地增加了升力。
翼型件可以是襟翼、机翼、小翼、竖直或水平尾翼、缝翼、分接部、控制表面、安装表面、起落架和/或机身部分。换句话说，翼型部分的流动控制系统可以是发生气流分离或期望抑制层流湍流过渡并且减少摩擦阻力的任一部分。
在示例中，控制单元构造成在巡航状态期间向空气调节系统提供在80％与100％之间、优选地在90％与100％之间、并且更优选地在95％与100％之间的空气。换句话说，空气产生单元可以根据空气调节系统的巡航要求来定尺寸。
在示例中，控制单元构造成在巡航状态期间向流动控制系统提供在0与20％之间、优选地在0与10％之间、更优选地在0与5％之间的空气。
在示例中，控制单元构造成在起飞和/或着陆状态期间向流动控制系统提供在50％与100％之间、优选地在60％与80％之间、更优选地在65％与75％之间的空气。
在示例中，控制单元构造成在起飞和/或着陆状态期间向空气调节系统提供在0与50％之间、优选地在20％与40％之间、更优选地在25％与35％之间的空气。
在示例中，通过翼型件处的进气口来给空气供给装置提供空气。换句话说，进气口用作用以吸入至少部分的下述空气的抽吸装置：所述空气用于机舱增压和机舱环境适应性。
在示例中，供给至空气调节系统和/或流动控制系统的空气为增压空气。增压空气可以被增压成处于0与5巴之间、优选地处于0与4巴之间的范围内。
根据本发明，还提出了一种用于飞行器的空气产生设备。用于飞行器的空气产生设备包括如上所述的空气产生单元以及用于飞行器的流动控制系统。
在示例中，流动控制系统是主动式流动控制系统并且包括流体致动器，该流体致动器构造成提供相对于翼型件的表面的稳定或不稳定的气流。相对于翼型部分的表面的气流可以是沿表面的、正交的、切向的或其组合。气流可以激励翼型件的表面处的正分开的或已分开的边界层以改变翼型件的空气循环，从而例如引入控制力矩或减少抖振。
可以获得至少一个流体致动器以从翼型件中的开口提供脉冲喷射。流体致动器可以利用阀或其他主动式流量影响装置来提供脉冲流。空气喷射能够通过引入下述旋涡结构来延缓分离以获得更大的气流入射角：所述旋涡结构使翼型件的下游产生对流，从而激励以其他方式分离的流动区域。
总之，主动式流动控制系统可以包括若干开口和至少一个流体致动器，所述至少一个流体致动器具有能够连接至空气源的入口。开口可以沿着例如前缘或平行于前缘呈并排关系分布。流体致动器可以设计成使得来自入口的空气流向连接至开口的出口。
根据本发明，还提出了一种飞行器。飞行器包括机舱、翼型件和如上所述的空气产生单元，其中，该机舱具有空气调节系统，该翼型件具有流动控制系统，该空气产生单元具有空气供给装置和控制单元。空气供给装置构造成向空气调节系统和流动控制系统供给空气。控制单元构造成在飞行器的巡航状态期间向空气调节系统提供的空气的量比向流动控制系统提供的空气的量更大，并且构造成在飞行器的起飞和/或着陆状态期间向流动控制系统提供的空气的量比向空气调节系统提供的空气的量更大。
在示例中，流动控制系统的至少一部分布置在翼型件处。翼型件可以为襟翼、内侧襟翼、机翼、小翼、竖直或水平尾翼、缝翼、分接部、控制表面、安装表面和/或机身部分。
在示例中，空气产生单元至少部分地布置成靠近流动控制系统。空气产生单元还可以至少部分地布置在翼型件处和/或紧挨着翼型件的机身区域中。
在示例中，通过翼型件处的进气口来给空气供给装置提供空气。换句话说，进气口用作用以吸入至少部分的下述空气的抽吸装置：所述空气用于机舱增压和机舱环境适应性。
根据本发明，还提出了一种用于操作飞行器中的空气产生单元的方法。该方法包括控制空气供给，从而在飞行器的巡航状态期间向飞行器的空气调节系统提供的空气的量比向飞行器的流动控制系统提供的空气的量更大，并且在飞行器的起飞和/或着陆状态期间向流动控制系统提供的空气的量比向空气调节系统提供的空气的量更大。
应当理解的是，根据独立权利要求所述的用于飞行器的空气产生单元、空气产生设备、飞行器以及用于操作飞行器中的空气产生单元的方法具有相似和/或相同的——特别地，如从属权利要求中所限定的——优选实施方式。应当进一步理解的是，本发明的优选实施方式还可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任一组合。
本发明的这些和其他方面将从下文中所描述的实施方式中变得明显并且将参照下文中所描述的实施方式来阐明。
附图说明
下面将参照附图来描述本发明的示例性实施方式：
图1示意性地且示例性地示出了根据本发明的具有空气产生设备的飞行器，该空气产生设备包括空气产生单元和流动控制系统。
具体实施方式
图1示意性地且示例性地示出了根据本发明的具有空气产生设备10的飞行器100。空气产生设备10包括空气产生单元1和流动控制系统5。
空气产生单元1包括空气供给装置2和控制单元3，空气供给装置2和控制单元3布置在紧挨飞行器机翼的机身区域中。空气供给装置2向飞行器机舱的空气调节系统4和向飞行器的流动控制系统5供给空气。控制单元3在飞行器100的巡航状态期间向空气调节系统4提供的空气的量比向流动控制系统5提供的空气的量更大。控制单元3此外在飞行器100的起飞和/或着陆状态期间向流动控制系统5提供的空气的量比向空气调节系统4提供的空气的量更大。
在本实施方式中，控制单元3在巡航状态期间向空气调节系统4提供在80％与100％之间的空气并向流动控制系统5提供在0与20％之间的空气。在起飞和/或着陆状态期间，控制单元3向流动控制系统5提供在50％与100％之间的空气并向空气调节系统4提供在0与50％之间的空气。
流动控制系统5在这里为布置成靠近空气产生单元1的主动式流动控制系统。流动控制系统5包括流体致动器51，流体致动器51布置在飞行器的翼型件6处以沿着翼型件6的表面提供气流。翼型件6在这里为襟翼。气流可以激励翼型件6的表面处的正分开的或已分开的边界层以改变翼型件6的空气循环，从而例如引入控制力矩或减少抖振。流体致动器51从翼型件6中的开口(未示出)提供脉冲喷射。开口沿着襟翼的前缘呈并排关系分布。对于例如A320型的飞行器，在内侧襟翼处可以使用2kg/s和0.5巴表压的气流。
在这里通过进气口7来给空气供给装置2提供空气，进气口7例如布置在飞行器机翼的外部部分处。换句话说，进气口7用作吸入至少部分的下述空气的抽吸装置：所述空气用于机舱增压和机舱环境适应性。供给至空气调节系统4和流动控制系统5的空气为增压空气，该增压空气在这里在0与5巴之间的范围内。
尽管在附图和前面的描述中已详细地说明并描述了本发明，但是这种说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施方式。在实践所要求保护的发明中，本领域技术人员通过研究附图、公开内容和从属权利要求可以理解和实现所公开的实施方式的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所叙述的若干项的功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中被叙述的这一单纯事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (24)

1.一种用于飞行器(100)的空气产生单元(1)，所述空气产生单元(1)包括：
-空气供给装置(2)；以及
-控制单元(3)；
其中，所述空气供给装置(2)构造成向飞行器机舱的空气调节系统(4)和向所述飞行器(100)的流动控制系统(5)供给空气；以及
其中，所述控制单元(3)配置成在所述飞行器(100)的巡航状态期间通过所述空气供给装置(2)向所述空气调节系统(4)供给的空气的量比向所述流动控制系统(5)供给的空气的量更大，并且所述控制单元(3)配置成在所述飞行器(100)的起飞和/或着陆状态期间通过所述空气供给装置(2)向所述流动控制系统(5)供给的空气的量比向所述空气调节系统(4)供给的空气的量更大。
2.根据权利要求1所述的空气产生单元(1)，其中，所述控制单元(3)配置成在巡航状态期间向所述空气调节系统(4)提供在80％与100％之间的空气。
3.根据权利要求1所述的空气产生单元(1)，其中，所述控制单元(3)配置成在巡航状态期间向所述空气调节系统(4)提供在90％与100％之间的空气。
4.根据权利要求1所述的空气产生单元(1)，其中，所述控制单元(3)配置成在巡航状态期间向所述空气调节系统(4)提供在95％与100％之间的空气。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的空气产生单元(1)，其中，所述控制单元(3)配置成在起飞和/或着陆状态期间向所述流动控制系统(5)提供在50％与100％之间的空气。
6.根据权利要求1至4中的一项所述的空气产生单元(1)，其中，所述控制单元(3)配置成在起飞和/或着陆状态期间向所述流动控制系统(5)提供在60％与80％之间的空气。
7.根据权利要求1至4中的一项所述的空气产生单元(1)，其中，所述控制单元(3)配置成在起飞和/或着陆状态期间向所述流动控制系统(5)提供在65％与75％之间的空气。
8.根据权利要求1至4中的一项所述的空气产生单元(1)，其中，所述控制单元(3)配置成在起飞和/或着陆状态期间向所述空气调节系统(4)提供在0与50％之间的空气。
9.根据权利要求1至4中的一项所述的空气产生单元(1)，其中，所述控制单元(3)配置成在起飞和/或着陆状态期间向所述空气调节系统(4)提供在20％与40％之间的空气。
10.根据权利要求1至4中的一项所述的空气产生单元(1)，其中，所述控制单元(3)配置成在起飞和/或着陆状态期间向所述空气调节系统(4)提供在25％与35％之间的空气。
11.根据权利要求1至4中的一项所述的空气产生单元(1)，其中，供给至所述空气调节系统(4)和/或所述流动控制系统(5)的空气为增压空气。
12.根据权利要求11所述的空气产生单元(1)，其中，供给至所述空气调节系统(4)的增压空气被增压成处于0与5巴之间的范围内。
13.根据权利要求11所述的空气产生单元(1)，其中，供给至所述空气调节系统(4)的增压空气被增压成处于0与4巴之间的范围内。
14.根据权利要求11所述的空气产生单元(1)，其中，供给至所述流动控制系统(5)的增压空气被增压成处于0与5巴之间的范围内。
15.根据权利要求11所述的空气产生单元(1)，其中，供给至所述流动控制系统(5)的增压空气被增压成处于0与4巴之间的范围内。
16.一种用于飞行器(100)的空气产生设备(10)，所述空气产生设备(10)包括根据前述权利要求中的一项所述的空气产生单元(1)以及用于所述飞行器(100)的流动控制系统(5)。
17.根据权利要求16所述的空气产生设备(10)，其中，所述流动控制系统(5)包括流体致动器，所述流体致动器构造成提供相对于翼型件(6)的表面的气流。
18.一种飞行器(100)，包括：
-具有空气调节系统(4)的机舱，
-具有流动控制系统(5)的翼型件(6)，以及
-根据权利要求1至15中的一项所述的空气产生单元(1)。
19.根据权利要求18所述的飞行器(100)，其中，所述翼型件(6)为襟翼、机翼、小翼、竖直或水平尾翼、缝翼、分接部、控制表面、安装表面、起落架和/或机身部分。
20.根据权利要求18和19中的一项所述的飞行器(100)，其中，所述流动控制系统(5)的至少一部分布置在所述翼型件(6)处。
21.根据权利要求18和19中的一项所述的飞行器(100)，其中，所述空气产生单元(1)至少部分地布置成靠近所述流动控制系统(5)。
22.根据权利要求18和19中的一项所述的飞行器(100)，其中，所述空气产生单元(1)至少部分地布置在所述翼型件(6)处和/或紧挨所述翼型件(6)的机身区域中。
23.根据权利要求18和19中的一项所述的飞行器(100)，其中，通过所述翼型件(6)处的进气口(7)来给所述空气供给装置(2)提供空气。
24.一种用于操作飞行器(100)中的空气产生单元(1)的方法，所述方法包括供给空气和控制空气，从而在所述飞行器(100)的巡航状态期间向所述飞行器(100)的空气调节系统(4)提供的供给空气的量比向所述飞行器(100)的流动控制系统(5)提供的供给空气的量更大，以及在所述飞行器(100)的起飞和/或着陆状态期间向所述流动控制系统(5)提供的供给空气的量比向所述空气调节系统(4)提供的供给空气的量更大。
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