CN106428520A - 航空器隔离系统以及航空器空调和隔离装置 - Google Patents

航空器隔离系统以及航空器空调和隔离装置 Download PDF

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Abstract

公开了航空器隔离系统(10)及航空器空调和隔离装置，航空器隔离系统(10)包括：与航空器外壳(32)的内表面(44)相距一定距离延伸的箔(42)；在所述箔(42)与所述航空器外壳(32)之间限定的气隙(50)；以及邻近所述箔(42)的内表面(43)布置并适于机舱排气流过的机舱排气管道(28)。

Description

航空器隔离系统以及航空器空调和隔离装置
技术领域
本发明涉及一种航空器隔离系统。此外，本发明涉及一种航空器空调和隔离装置。最后，本发明涉及一种操作航空器空调和隔离装置的方法。
背景技术
航空器的主要隔离通常包括由蓬松的矿物纤维材料和结合的覆盖膜组成的垫状隔离包。隔离包以交迭的方式与航空器外蒙皮的内表面成合适距离地安装，以在航空器外蒙皮与隔离包之间形成气隙。隔离包的面向航空器机舱的向内指向的覆盖膜通常能透过空气，以便允许隔离包中包围的空气与周围环境之间的压力补偿并同时防止在压力变化期间隔离包膨胀和收缩。相反，隔离包的面向航空器外蒙皮的向外指向的覆盖膜通常以防水形式实现，以形成冷凝水屏障，以便保护机舱和湿度敏感的航空器系统而避免滴水。
在航空器的飞行操作期间，航空器外蒙皮可具有在-30℃与-55℃之间的温度。结果，具有机舱空气的露点温度的位置通常位于隔离包内。由于压力变化以及扩散效应，温暖潮湿的机舱空气通过面向机舱的穿孔膜连续进入隔离包。如果该空气渗透到隔离材料中直至具有露点温度的位置，则发生冷凝。隔离包的矿物纤维吸收冷凝水滴并防止其排水。因此，隔离包吸收大量水，这导致隔离包的重量增加并降低它们的隔离效率。
为了减少水在航空器主隔离包中的吸收，DE 10 2010 052 671 A1和US 2013/299630 A1提出将航空器主隔离包装备以气密和防水方式以及通风口实现的覆盖膜，从而与隔离包的内部的空气交换仅可通过通风口发生。
目前，在航空器中使用的用于通风和加压航空器机舱的空调系统基于混合通风的原理工作，其中按要求控制温度的空气以高脉冲和高速度通过通常布置在待通风的航空器的一部分的天花板区域中的空气入口吹入航空器机舱中。归因于吹入空气的高脉冲和高速度，滚流空气运动在航空器机舱中形成，这确保了空气与机舱空气几乎同质的混合。由热源和冷或热表面引起的自由对流由滚流空气运动的强制流动控制。
在EP 2 203 348 B1和US 2010/240290A1中描述了基于置换通风的原理工作的替代的航空器空调系统。在该系统中，空气经由位于航空器机舱的地板附近的空气入口以低速供应到待空气调节的航空器机舱并在地板区域上分布，以形成在整个地板区域上的调节空气层。调节空气于是在存在于航空器机舱中的热源的作用下由于自然对流而上升并经由布置在航空器机舱的天花板区域中的空气入口离开航空器机舱。从该空气入口，机舱排气被引导通过沿航空器机舱的天花板区域延伸的排气管道并进一步进入到沿航空器外蒙皮延伸并例如遵循框架的路线的连接管道中。连接管道引导从航空器机舱排放的空气至位于航空器下部壳体的区域中的压力调节阀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻量但是仍有效的航空器隔离系统。此外，本发明的目的在于提供一种包括这种航空器隔离系统和航空器空调系统的装置。最后，本发明的目的在于提供一种操作包括这种航空器隔离系统和航空器空调系统的装置的方法。
这些目的通过根据权利要求1所述的航空器隔离系统、根据权利要求10所述的航空器空调和隔离装置以及根据权利要求12所述的操作航空器空调和隔离装置的方法来实现。
航空器隔离系统包括与航空器外壳的内表面相距一定距离延伸的箔。气隙被限定在所述箔与所述航空器外壳之间。所述气隙被填充有捕获在所述箔与所述航空器外壳之间的空气。捕获在所述箔与所述航空器外壳之间的空气已经提供了航空器机舱的内部与航空器外壳的隔热，航空器外壳在航空器的飞行操作期间可被冷却至大约-30℃到-55℃的温度。优选地，所述箔至少在航空器的上部壳体的区域中大致平行于所述航空器外壳延伸。
机舱排气管道邻近所述箔的内表面布置并适于机舱排气流过。基本上，机舱排气管道可由管线或管子限定。然而，优选地，机舱排气管道，至少在航空器的上部甲板的区域中，由邻近箔的内表面存在的自由空间限定。经由机舱排气管道从航空器机舱排放的温暖潮湿的机舱排气于是进一步将航空器机舱的内部与冷的航空器外壳隔离。箔将捕获在箔与航空器外壳之间的空气与流过机舱排气管道的温暖潮湿的机舱排气隔离。结果，可减少热能损失。进一步，由于机舱排气中包含的湿气而引起的航空器外壳内表面的结冰被防止。
由于在航空器隔离系统中，通过形成在箔与航空器外壳之间的捕获空气层以及流过机舱排气管道的机舱排气层提供隔热功能，所以能省略常规的主隔离包。结果，航空器隔离系统的特点在于本身特别轻的重量。另外，如在含有隔离包的包含矿物纤维的现有技术的隔离系统中发生的湿气的积累以及因此产生的增重可避免。因此，航空器隔离系统特别有利地用于在潮湿环境下操作的航空器中，潮湿环境使得在航空器的地面操作期间隔离包的干燥困难。
基本上，航空器隔离系统可在任意航空器中并结合任何航空器空调系统使用。然而，如果机舱排气管道包括布置在航空器机舱的天花板区域中的机舱排气入口，则可实现航空器客舱(典型地布置在航空器的上部壳体区域中)的特别有效的隔离，这是因为温暖潮湿的机舱排气于是可从航空器上部壳体的天花板区域沿航空器机舱的侧壁引导。结果，航空器机舱沿其侧壁与冷的航空器外壳有效隔离。
在如在EP 2 203 348 B1和US 2010/240290A1中描述的基于置换通风的原理工作的航空器空调系统中，调节空气靠近航空器机舱的地板被供应到航空器机舱，然后在存在于航空器机舱中的热源的作用下由于自然对流而上升。机舱排气从航空器机舱的天花板区域排放。航空器隔离系统于是特别适合于结合如在EP 2 203 348 B1和US 2010/240290A1中描述的基于置换通风的原理工作的航空器空调系统使用。
在航空器隔离系统的优选实施例中，机舱排气管道从航空器机舱的天花板区域大致平行于航空器外壳延伸至航空器的下部甲板中。机舱排气管道于是确保了整个航空器机舱与冷的航空器外壳的连续且有效的隔离。
流过机舱排气管道的机舱排气的至少一部分可引导到航空器的货舱中，航空器的货舱通常布置在航空器的下部甲板区域中。而且，流过机舱排气管道的机舱排气的至少一部分可引导到航空器空调系统的混合器中。在混合器内，机舱排气在被再循环到航空器机舱中之前可与由空调系统的空调单元提供的冷的调节空气混合。最终，流过机舱排气管道的机舱排气的至少一部分可经由压力调节阀排放到航空器外(over board of theaircraft)，以便调节航空器机舱压力。在机舱排气流流过机舱排气管道时从机舱排气流冷凝的水也可经由压力调节阀排放到航空器外。然而，还可想到在机舱排气管道中提供水分离器，以便将冷凝水与机舱排气流分离。
在航空器的飞行操作期间流过机舱排气管道时，机舱排气由于热能从机舱排气传递到冷的航空器外壳而被冷却。结果，机舱排气可作为已经处于预冷状态的再循环空气供应到空调系统的混合器。结果，用于提供冷的调节空气的空调系统的空调单元的能量消耗可显著降低。
航空器隔离系统优选包括控制单元，该控制单元适于以使所述机舱排气在流过所述机舱排气管道时被冷却至大约5℃到10℃的温度的方式控制通过所述机舱排气管道的机舱排气的流动。例如，控制单元可以此种方式控制用于将机舱排气传送通过机舱排气管道的传送设备，使得通过机舱排气管道的机舱排气的体积流量根据机舱外壳的温度被适当地调节，以便确保机舱排气在流过机舱排气管道时被冷却至大约5℃至10℃的期望温度。当机舱排气在流过机舱排气管道时被冷却到大约5℃至10℃的温度时，由于机舱排气中包含的湿气的冷凝而例如在箔的内表面处引起的冰的形成可避免。
优选地，箔由水密性材料和/或气密性材料制成。水密性箔防止机舱排气管道中形成的冷凝水进入箔和航空器外壳之间限定的气隙。因此，可避免航空器外壳内表面的结冰。气密性箔防止机舱排气管道与箔和航空器外壳之间限定的气隙之间的气体交换，并因此还防止流过机舱排气管道的机舱排气中包含的湿气进入箔和航空器外壳之间限定的气隙。例如，箔可由水密性和气密性塑料材料制成。
尽管气密性箔的使用对于防止湿气进入箔和航空器外壳之间限定的气隙可能是有利的，但是箔仍应该不形成机舱排气管道与航空器外壳之间的气密性密封。替代地，由箔限定的“屏障”应该能渗透空气至使得机舱排气管道与箔和航空器外壳之间限定的气隙之间的压力平衡能够实现的程度。这通常通过将箔以非密封方式紧固以使在机舱排气管道与箔和航空器外壳之间限定的气隙之间的某些空气交换即使在箔本身由气密性材料制成的情况下仍不可避免地发生来实现。
优选地，箔包括多个箔片。箔片可沿航空器外壳的周向方向延伸。优选地，箔片被附接到航空器主结构。例如，箔片可被附接到航空器主结构的纵梁和/或框架。在优选的实施例中，箔片沿航空器外壳的周向方向在航空器主结构的成对的相邻框架之间延伸。
箔片可借助夹紧装置被附接到部件，特别是航空器主结构的框架。夹紧装置可配置为施加夹紧力，以便将箔片夹紧到部件，特别是航空器主结构的框架。
例如，夹紧装置可包括第一夹紧元件和第二夹紧元件。第一夹紧元件和第二夹紧元件可由塑料材料制成。进一步地，第一夹紧元件和第二夹紧元件可借助延伸通过航空器主结构的框架的销连接以将第一和第二箔片紧固到所述框架的相对侧表面。特别地，第一夹紧元件和第二夹紧元件中的每一个可具有包括第一腿和第二腿的L形横截面。可邻接抵靠箔的内表面的第一腿可将箔挤压抵靠纵梁的面向航空器机舱的表面。也可邻接抵靠箔的内表面的第二腿可将箔挤压抵靠框架的侧表面。
夹紧装置可进一步包括夹具(clip)，该夹具从航空器外壳的邻近框架的侧表面的内表面延伸，以被布置在所述第一夹紧元件或第二夹紧元件与框架的侧表面之间。如上所述的夹紧装置的提供简化了航空器中箔片的安装。
优选地，相邻的夹紧装置之间沿所述航空器外壳的周向方向的间隔为所述航空器主结构的相邻纵梁之间的间隔的两倍。箔的变形特别是下垂可由此防止。
航空器空调和隔离装置包括用于产生调节空气的空调单元以及上述航空器隔离系统。所述空调单元和所述机舱排气管道被连接到混合器，该混合器适于将由所述空调单元产生的调节空气与经由所述机舱排气管道从航空器机舱排放的机舱排气的至少一部分混合。如上文已经指出的，通过向混合器供应由于在流过机舱排气管道时热能向冷的航空器外壳的传递而已经被预冷却的机舱排气，空调单元的能量消耗可显著降低。
在航空器空调和隔离装置中，所述机舱排气管道可被连接到压力调节阀，该压力调节阀适于允许流过所述机舱排气管道的机舱排气的至少一部分排放到所述航空器外，以便调节航空器机舱压力。例如，机舱排气管道可包括两个分支管道，一个连接到混合器，一个连接到压力调节阀。
在一种操作航空器空调和隔离装置的方法中，借助空调单元产生调节空气。将机舱排气从航空器机舱经由机舱排气管道排放，所述机舱排气管道邻近箔的内表面布置，所述箔的内表面与航空器外壳的内表面相距一定距离延伸以限定所述箔与所述航空器外壳之间的气隙。将由所述空调单元产生的调节空气与经由所述机舱排气管道从所述航空器机舱排放的机舱排气的至少一部分混合。
优选地，所述机舱排气经由所述机舱排气管道的机舱排气入口从所述航空器机舱的天花板区域排放。
所述机舱排气可被从所述航空器机舱的天花板区域大致平行于所述航空器外壳通过所述机舱排气管道引导至所述航空器的下部甲板中。
流过所述机舱排气管道的机舱排气的至少一部分可经由连接到所述机舱排气管道的压力调节阀排放到所述航空器外，以便调节航空器机舱压力。
附图说明
现在参照所附示意图更详细地描述本发明的优选实施例，图中：
图1示出航空器空调和隔离装置；以及
图2示出在图1的航空器空调和隔离装置中采用的航空器隔离系统的详细视图。
具体实施方式
根据图1的航空器空调和隔离装置100包括航空器隔离系统10和空调单元12。空调单元12能操作以将冷的调节空气提供到混合器14。如从图1变得明显的，空调单元12和混合器14布置在航空器的下部甲板16的区域中。下部甲板16与上部甲板18分离，上部甲板18借助地板22容纳航空器机舱20，例如客舱。
航空器机舱20通过将空气经由形成在航空器机舱20的靠近地板22的侧壁中的调节空气入口24从混合器14供应至航空器机舱20中而调节空气。调节空气以大约0.1m/s至0.5m/s的低速度离开调节空气入口24，以在地板区域上形成调节空气层。调节空气于是在航空器机舱20中存在的热源(例如乘客)的作用于由于自然对流以大约0.05m/s的速度上升，并经由机舱排气管道28的机舱排气出口26离开航空器机舱20。机舱排气出口26布置在航空器机舱20的天花板30的区域中。机舱排气管道28从航空器机舱20的天花板区域沿航空器外壳32的周向方向延伸到下部甲板16中。特别地，机舱排气管道28大致平行于航空器外壳32在航空器外壳32与诸如天花板面板34的内部部件的后壁之间且在行李舱36和侧壁面板38上方延伸。基本上，机舱排气管道28可由管线或管子限定。然而，优选地，机舱排气管道28在上部甲板18的区域中由航空器外壳32与内部部件的后壁之间存在的自由空间限定。
在下部甲板16的区域中，机舱排气管道28包括第一分支28a和第二分支28b。机舱排气管道28的第一分支28a通往混合器14中，以将从航空器机舱20排放的机舱排气经由机舱排气管道28作为再循环空气供应到混合器14。在混合器14内，机舱排气与由空调单元12产生的调节空气混合并最终经由调节空气入口24再循环至航空器机舱20中。机舱排气管道28的第二分支28b被连接到压力调节阀40。经由压力调节阀40，流过机舱排气管道28的机舱排气如果调节航空器机舱压力需要的话可排放到航空器外。
在面向航空器外壳32的一侧形成航空器隔离系统10的一部分的机舱排气管道28由箔42界定。机舱排气管道28于是邻近箔42的内表面43布置。由气密性和水密性材料(特别是气密性和水密性塑料材料)制成的箔42与航空器外壳32的内表面44相距一定距离地延伸。特别地，箔42大致平行于航空器外壳32延伸，其中航空器外壳32的内表面44与箔42之间的距离大致对应于纵梁46(其形成航空器主结构48的部件)从航空器外壳32的内表面44沿径向方向的延伸。
箔42与航空器外壳32之间限定有气隙50。气隙50填充有捕获在箔42与航空器外壳32之间的空气。捕获在箔42与航空器外壳32之间的空气已经提供了航空器机舱20的内部与航空器外壳32的隔热，航空器外壳32在航空器的飞行操作期间可被冷却至大约-30℃至-55℃的温度。由经由机舱排气管道28从航空器机舱排放的温暖潮湿的机舱排气形成另一隔离层，其有效地将航空器机舱20与冷的航空器外壳32隔离。
结果，在航空器隔离系统10中，常规的主隔离包可免除。由于箔42的存在，捕获在箔42与航空器外壳32之间的空气与流过机舱排气管道28的温暖潮湿的机舱排气隔离，因此热能损失可减少。而且，由于机舱排气中包含的湿气而引起的航空器外壳32的内表面44的结冰被防止。
如图1中所指示的，机舱排气在流过机舱排气管道28时由于热能传递到冷的航空器外壳32而从机舱排气出口26的区域中大约30℃的温度冷却到地板22的区域中大约10℃的温度。特别地，通过机舱排气管道的机舱排气的流动借助控制单元52以使得机舱排气在流过机舱排气管道时被冷却到大约5℃到10℃的温度的方式被控制。例如，控制单元52可以此种方式控制用于将机舱排气传送通过机舱排气管道28的传送设备(未示出)，使得通过机舱排气管道28的机舱排气的体积流量根据机舱外壳32的温度被适当地调节，以便确保机舱排气在流过机舱排气管道28时被冷却至大约5℃至10℃的期望温度。
由于在流过机舱排气管道28时被预冷却，机舱排气以显著低于在机舱排气出口28的区域中机舱排气的温度的温度进入混合器14。结果，用于提供要与机舱排气混合的冷的调节空气的空调单元12的能量消耗可降低。另外，当机舱排气在流过机舱排气管道时借助控制单元52被冷却到大约5℃到10℃的温度，由于机舱排气中包含的湿气的冷凝而引起的例如在箔42的内表面处的冰的形成可避免。
如从图2变得明显的，箔42包括附接到航空器主结构48的多个箔片42a、42b、42c。特别地，单独的箔片42a、42b、42c沿航空器外壳32的周向方向在航空器主结构48的成对的相邻框架54之间延伸。箔片42a、42b、42c借助夹紧装置56附接到框架54。
每个夹紧装置56包括第一夹紧元件58和第二夹紧元件60，该第一夹紧元件58和第二夹紧元件60借助延伸通过一个框架54的销62彼此连接，同时在它们之间抵靠框架54的相对侧表面64、66夹紧两个相邻的箔片42a、42b、42c的边缘。箔片42a、42b、42c于是被紧固到框架54的相对侧表面64、66。第一夹紧元件58和第二夹紧元件60中的每一个由塑料材料制成并具有包括第一腿58a、60a和第二腿58b、60b的L形横截面。邻接抵靠箔42的内表面43的第一腿58a、60a可将箔42挤压抵靠纵梁46的面向航空器机舱20的表面68。也邻接抵靠箔42的内表面43的第二腿58b、60b将箔42挤压抵靠框架54的侧表面64、66。夹紧装置56进一步包括夹具70，该夹具70从航空器外壳32的邻近框架54的侧表面64的内表面44延伸以被布置在所述第一夹紧元件58与框架54的侧表面64之间。
相邻的夹紧装置56之间沿航空器外壳32的周向方向的间隔为航空器主结构48的相邻纵梁46之间的间隔的两倍。箔42的变形特别是下垂可由此防止。
如果箔42以非密封方式(例如，如上所描述的)附接，则在机舱排气管道28与箔42和航空器外壳32之间限定的气隙50之间的某些空气交换即使在箔42本身由气密性材料制成的情况下仍不可避免地发生。因此，由箔42限定的“屏障”能渗透空气至这样的程度，使得机舱排气管道28与箔42和航空器外壳32之间限定的气隙50之间所需的压力平衡能够实现。

Claims (15)

1.一种航空器隔离系统(10)，包括：
与航空器外壳(32)的内表面(44)相距一定距离延伸的箔(42)；
在所述箔(42)与所述航空器外壳(32)之间限定的气隙(50)；以及
邻近所述箔(42)的内表面(43)布置并适于机舱排气流过的机舱排气管道(28)。
2.根据权利要求1所述的航空器隔离系统，其中所述机舱排气管道(28)包括布置在航空器机舱(20)的天花板区域中的机舱排气出口(24)，和/或其中所述机舱排气管道(28)从所述航空器机舱(20)的天花板区域大致平行于所述航空器外壳(32)延伸到所述航空器的下部甲板中。
3.根据权利要求1所述的航空器隔离系统，进一步包括控制单元(52)，该控制单元(52)适于以使机舱排气在流过所述机舱排气管道(28)时被冷却至大约5℃到10℃的温度的方式控制通过所述机舱排气管道(28)的机舱排气的流动。
4.根据权利要求1所述的航空器隔离系统，其中所述箔(42)由水密性材料和/或气密性材料制成。
5.根据权利要求1所述的航空器隔离系统，其中所述箔(42)包括附接到航空器主结构(48)的多个箔片(42a，42b，42c)，所述箔片(42a，42b，42c)在所述航空器主结构(48)的成对的相邻框架(54)之间延伸。
6.根据权利要求5所述的航空器隔离系统，其中所述箔片(42a，42b，42c)借助夹紧装置(56)附接到所述航空器主结构(48)的所述框架(54)。
7.根据权利要求6所述的航空器隔离系统，其中所述夹紧装置(56)包括第一夹紧元件(58)和第二夹紧元件(60)，该第一夹紧元件(58)和第二夹紧元件(60)借助延伸通过所述航空器主结构(48)的框架(54)的销(62)连接，以将第一和第二箔片(42a，42b，42c)紧固到所述框架(54)的相对侧表面(64，66)。
8.根据权利要求6所述的航空器隔离系统，其中所述夹紧装置(56)进一步包括夹具(70)，该夹具(70)从所述航空器外壳(32)的邻近所述框架(54)的侧表面(64，66)的内表面(44)延伸，以被布置在所述第一或第二夹紧元件(58，60)与所述框架(54)的侧表面(64，66)之间。
9.根据权利要求6所述的航空器隔离系统，其中相邻的夹紧装置(56)之间沿所述航空器外壳(32)的周向方向的间隔为所述航空器主结构(48)的相邻纵梁(46)之间的间隔的两倍。
10.一种航空器空调和隔离装置(100)，包括：
用于产生调节空气的空调单元(12)；以及
根据权利要求1所述的航空器隔离系统(10)，其中：
所述空调单元(12)和所述机舱排气管道(28)被连接到混合器(14)，该混合器(14)适于将由所述空调单元(14)产生的调节空气与经由所述机舱排气管道(28)从航空器机舱(20)排放的机舱排气的至少一部分混合。
11.根据权利要求10所述的航空器空调和隔离装置(100)，其中所述机舱排气管道(28)被连接到压力调节阀(40)，该压力调节阀(40)适于允许流过所述机舱排气管道(28)的机舱排气的至少一部分排放到所述航空器外，以便调节航空器机舱压力。
12.一种操作航空器空调和隔离装置(100)的方法，包括：
借助空调单元(12)产生调节空气；
将机舱排气从航空器机舱(20)经由机舱排气管道(28)排放，所述机舱排气管道(28)邻近箔(42)的内表面(43)布置，所述箔(42)的内表面(43)与航空器外壳(32)的内表面(44)相距一定距离延伸以限定所述箔(42)与所述航空器外壳(32)之间的气隙(50)；以及
将由所述空调单元(12)产生的调节空气与经由所述机舱排气管道(28)从所述航空器机舱(20)排放的机舱排气的至少一部分混合。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述机舱排气经由所述机舱排气管道(28)的机舱排气出口(26)从所述航空器机舱(20)的天花板区域排放。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述机舱排气被从所述航空器机舱(20)的天花板区域大致平行于所述航空器外壳(32)通过所述机舱排气管道(28)引导至所述航空器的下部甲板中。
15.根据权利要求12所述的方法，其中流过所述机舱排气管道(28)的机舱排气的至少一部分经由连接到所述机舱排气管道(28)的压力调节阀(40)排放到所述航空器外，以便调节航空器机舱压力。
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