CN105539860A - 一种适于长航时大热流的热管理装置 - Google Patents

一种适于长航时大热流的热管理装置 Download PDF

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杨文强
张翠峰
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Abstract

本发明涉及一种适于长航时大热流的热管理装置，包含压气机(1)，空液热交换器(2)，涡轮(3)，水分离器(4)，座舱(5)，电机(6)，电子设备(7)，蒸发器(8)，温度控制活门(9)，空气在压气机(1)内受到压缩后进入空液热交换器(2)，将热量传递给液体循环冷却回路，再进入涡轮(3)降温，经水分离器(4)进入座舱(5)，吸收热量后再进入压气机(1)，完成一个循环：其中压气机(1)动力来自电机(6)的输入功率以及涡轮(3)的膨胀做功。本发明以碳氢燃料作为热沉，系统冷却能力大；利用空气循环制冷系统对座舱空气进行调节，可靠性高；能量利用率较高，结构紧凑。

Description

一种适于长航时大热流的热管理装置
所属技术领域
本发明涉及一种飞机环境控制技术。
背景技术
目前国内外飞机环境控制领域应用的主要技术有空气循环冷却技术、蒸发循环冷却技术和液体回路冷却技术。
空气循环冷却技术广泛应用于各种类型的飞机环境控制系统中，但是制冷性能系数低，地面停机时系统工作可靠性差，加之又由于引入的是外界冲压空气，导致使用高度和速度受到一定的限制，这些都与高超声速飞行器气动加热严重，飞行高度和速度大的特点形成了矛盾。
蒸发循环冷却技术具有以下特点：性能系数较高，经济性较好；与外界大气的关系较小，基本上不受飞行高度和速度的影响；适应性大，可把制冷作用准确地调定在所需点上；能够解决飞机地面停机冷却及低空除湿问题。
液体回路冷却技术属于间接式冷却，中间冷却剂为液体。液体的导热系数和质量热容均比空气大得多。在同样的设备功率下，使用液体冷却剂可以减少通往设备的流量及管路尺寸，成为对集中热载荷和远距离热载荷进行冷却的一种非常有效的方法。
上述现有技术往往考虑的是人或设备，是相对独立的，并没有统筹安排。高超声速飞行器热管理系统不仅要为人员提供一个良好的、舒适的工作环境，而且要为电子设备和其它设备提供一个安全可靠的工作环境，其对系统的设计提出了更为苛刻的要求，应当考虑重量、性能、成本、可靠性、代偿损失等因素，将机体结构、防热系统、热控系统乃至推进系统综合在一起进行设计。
高超声速飞行器是当今世界各主要航空航天大国研究的热点，它具有及其重要的商业和军事应用价值，对国家安全具有极大的战略意义。高超声速飞行器在大气层中以马赫数大于5的速度飞行，遭遇到的气动加热环境极其严重。
发明内容
发明目的
本发明的任务和目的旨在从高超声速飞行器满足飞行时间长、速度大和高度高的任务包线的角度出发，解决传入飞行器内部气动加热量、发动机废热和电子设备散发热量的冷却需求，提出适用于长航时大热流的热管理装置。
技术方案
一种适于长航时大热流的热管理装置，包含压气机1，空液热交换器2，涡轮3，水分离器4，座舱5，电机6，电子设备7，蒸发器8，温度控制活门9，压缩机10，冷凝器11，节流阀12，碳氢燃料箱13，泵14，发动机15，
其中，空气在压气机1内受到压缩后进入空液热交换器2，将热量传递给液体循环冷却回路，再进入涡轮3降温，经水分离器4进入座舱5，吸收热量后再进入压气机1，完成一个循环：其中压气机1动力来自电机6的输入功率以及涡轮3的膨胀做功；
所述液体循环冷却回路的工作状态为液体在电子设备7吸收热量后进入蒸发器8被冷却，同时温度控制活门9进行调温后，与空液热交换器2换热后进入电子设备7,形成液体循环冷却回路：液体制冷剂在蒸发器8中吸收液体冷却回路的热量后蒸发，蒸气进入压缩机10中被压缩，然后进入冷凝器11将热量传递给碳氢燃料，冷却后的制冷剂经节流阀12流入蒸发器8，再次吸收热量而不断循环：碳氢燃料箱13中燃料通过泵14做功后，流入冷凝器11中吸收热量后进入发动机15。
技术效果
本发明由座舱空气调节分系统和电子设备冷却分系统组成。以碳氢燃料作为热沉，系统冷却能力大；利用空气循环制冷系统对座舱空气进行调节，结构简单，可靠性高；利用蒸发循环制冷系统和单相液体回路系统之间换热带走电子设备和座舱的热载荷，能量利用率较高，结构紧凑。适用于飞行时间长，飞行速度大、飞行高度高的高超声速飞行器。与现有技术相比，本发明所具有的优点和积极效果，例如性能的提高、成本的降低等。
附图说明
图1为本发明组成示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种适于长航时大热流的热管理装置，包含压气机1，空液热交换器2，涡轮3，水分离器4，座舱5，电机6，电子设备7，蒸发器8，温度控制活门9，压缩机10，冷凝器11，节流阀12，碳氢燃料箱13，泵14，发动机15，
其中，空气在压气机1内受到压缩后进入空液热交换器2，将热量传递给液体循环冷却回路，再进入涡轮3降温，经水分离器4进入座舱5，吸收热量后再进入压气机1，完成一个循环：其中压气机1动力来自电机6的输入功率以及涡轮3的膨胀做功；
所述液体循环冷却回路的工作状态为液体在电子设备7吸收热量后进入蒸发器8被冷却，同时温度控制活门9进行调温后，与空液热交换器2换热后进入电子设备7,形成液体循环冷却回路：液体制冷剂在蒸发器8中吸收液体冷却回路的热量后蒸发，蒸气进入压缩机10中被压缩，然后进入冷凝器11将热量传递给碳氢燃料，冷却后的制冷剂经节流阀12流入蒸发器8，再次吸收热量而不断循环：碳氢燃料箱13中燃料通过泵14做功后，流入冷凝器11中吸收热量后进入发动机15。

Claims (1)

1.一种适于长航时大热流的热管理装置，包含压气机(1)，空液热交换器(2)，涡轮(3)，水分离器(4)，座舱(5)，电机(6)，电子设备(7)，蒸发器(8)，温度控制活门(9)，压缩机(10)，冷凝器(11)，节流阀(12)，碳氢燃料箱(13)，泵(14)，发动机(15)，
其特征在于：空气在压气机(1)内受到压缩后进入空液热交换器(2)，将热量传递给液体循环冷却回路，再进入涡轮(3)降温，经水分离器(4)进入座舱(5)，吸收热量后再进入压气机(1)，完成一个循环：其中压气机(1)动力来自电机(6)的输入功率以及涡轮(3)的膨胀做功；
其中所述液体循环冷却回路的工作状态为液体在电子设备(7)吸收热量后进入蒸发器(8)被冷却，同时温度控制活门(9)进行调温后，与空液热交换器(2)换热后进入电子设备(7),形成液体循环冷却回路：液体制冷剂在蒸发器(8)中吸收液体冷却回路的热量后蒸发，蒸气进入压缩机(10)中被压缩，然后进入冷凝器(11)将热量传递给碳氢燃料，冷却后的制冷剂经节流阀(12)流入蒸发器(8)，再次吸收热量而不断循环：碳氢燃料箱(13)中燃料通过泵(14)做功后，流入冷凝器(11)中吸收热量后进入发动机(15)。
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