CN1088171A - 飞机的标准组件式排液管 - Google Patents

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Abstract

飞机的标准组件式排液管装置,包括一个由可拆 卸的安装在飞机上的流线壳封闭起来的可更换的排 放管组件。电加热的排放管可在机场上进行维修、修 理和更换。

Description

本发明涉及一种排液装置,特别是飞机上用的排液管组件,尤其涉及一种标准组件式的排液管组件,它包括一个可拆卸的安装在飞机上的流线壳封闭起来的可更换的排放管。
排液管组件用于飞机飞行时排出机上废物系统中的废水,使排出的废水不至于冲击到机身尾部,以及用于飞机停在地面时排空废物系统。
这里使用的“废水”一词指的是飞机在地面或空中工作过程中收集起来的没用的水质液体。废水来自多方面,一个通常的来源是机上的厨房,那里汇集了废弃的水、咖啡、酒、澄汁和其它的软饮料。由于冷凝作用或吸入了雨水,废水也可来自发动机和其它进气口。
排液管组件通常包括一个排放管,它被封闭在一个依照空气动力学成形的具有最低阻力的流线形壳体内。流线壳装好之后,它从机身下面向下伸出,这样流线壳的出口就伸入到飞行时周围的气流中。流线壳可沿气流方向相对于机身呈后掠形。排放管与飞机的废水存储箱相连并且被加热,以防止排放管冻结。在某些应用中,不断地收集废水直到达到一定的体积,然后打开机内的一个阀,从废水存储箱经排液管组件排出废水。在另一些应用中,废水是随时排放的。
排液管组件通常有两种结构,这里一种称为底部排液管,另一种称为尾部排液管。
在底部排液管中,废水通常沿垂直于周围气流的方向排出,壳体通常是直的并且是后掠的,排放管出口处的轴线与入口处的轴线成一个锐角,该角度通常接近于壳体的后掠角。
在尾部排液管中,壳体形状是后掠的翼形并且逐渐收缩,在末端形成一个大致平行于周围气流方向的锥形出口管。废水从壳体尾部沿平行于周围气流的方向排出。由于排放管出口处的轴线几乎垂直于入口处的轴线,所以排放管或者弯成平滑的曲线,或者由两段或几段直的部分组成,以便形成合适的角度。
尾部排液管被认为优于底部排液管。底部排液管排出的废水会有一部分粘附在壳体端部,要靠周围气流把它们逐渐吹散。其中大部分可能在被吹散之前就已经冻在壳体上了。与之相反,正确设计的尾部排液管当周围气流流经其尾部时,一定会产生负压效应。排出的废水被吸出排放管进入到周围气流中。即便有水粘附到壳体上,其数量也是非常少的。
排液管组件用在飞机上已有很长时间了。一种为早期民用喷气飞机设计的,而且至今仍在使用的类型是尾部排液结构的。它的流线形壳是两个用铝成形的半壳,通过螺钉紧固到一起。每一半壳有一容纳排放管的凹槽。排放管由不锈钢或铜制成。硅脂弹性带缠绕在排放管的某些部位上。当把半壳拧到一起时,弹性带受压,从而使排放管牢牢地定位在流线壳内。由于排放管与壳体之间的间隙非常小,很多热量传给了壳体并由此散失。排放管或是弯曲的,或由几部分组成。排放管截面形状一般不为椭圆形或三角形。有时排放管截面在入口到出口之间是变化的。这种设计似乎比等截面的排放管更容易发生阻塞。排放管由固定阻值的陶瓷电阻局部加热。通过沿着排放管的热传导来提供排放管长度方向上的热量。在排液管组件的端部出口中延伸出一段加热了的排放管,以防止残留的水冻住。排放管保持的温度可达700°F,在地面时,排放管端部所达到的温度会给维修人员造成伤害。在排放管顶部与飞机的接合处,有些设计是开放式的。一旦液压油或润滑油渗入排液管组件并与热元件相接触,就会造成火灾。
另一种已知的排液管组件被设计成底部排液结构。它的流线壳由两片纤维增强塑料模压成形。通过粘结剂和螺钉把两个半壳紧固到一起。排放管是铜的,具有均匀的圆截面,并被连接到一个覆盖着壳体端部的金属成形的末端上。加热元件是用硅橡胶包裹起来的加热丝或加热片。加热元件附着在排放管的外面,以及附着在覆盖排液管端部的金属末端的内部。对金属末端的加热是有必要的,以便防止排出后的残余废水冻在排液管上。如前所述,这正是底部排液管先天存在的问题。整个组件充填有膨松的泡沫材料。制成的组件是一体性的,不破坏组成元件就无法拆开。组件顶部与飞机连接处是密封的。机内的一个控制器周期性地向加热元件供电,以便温度保持在预设的范围内。电流是经过一个固定在流线形壳安装座上的接线器传入排液管组件内的。
近来得知有更多的排液管设计也采用了纤维增强塑料的流线壳。把掺有纤维的树酯倒入一个模具中,经真空包装,热压固化以及模制后整形,就可以制得镜象对称的流线形半壳。排放管由纤维增强塑料制成。排放管外面附着有封装在纤维增强塑料中的一体性的加热元件。两个流线形半壳连接到一起并把排放管夹在中间。轻质填充物,例如聚氨酯泡沫塑料充填了排放管与流线形壳之间的空间。制成的排液管是一体性的,不破坏该组件就无法把它拆开。由于采用了尾部排放结构,就不再需要加热的末端。这种排液管的加热元件是金属丝网,金属丝具的很高的电感抗系数。当元件受热后。电阻增大,使得电流减小。稳定的功耗和排放管温度被保持在依据工作环境条件而定的范围内。这一特性被称为加热元件的自调整。飞机内就不再需要电控器。因而大大简化了系统。排液管组件内可设置一个热敏开关。将热敏开关可靠地接入,一旦它的温度超过预定值,它就能切断供电回路,在外部空气温度高于冰点时阻止电流流向加热元件。具有防止纤维增强塑料的流线壳过热的特性是最为理想的,其作用也可降低排液管组件的总功耗。所有的加热元件都封装在排液管组件的内部,拆卸不开。
近来得知另有一些排液管设计,它的流线壳是由纤维增强塑料经树脂传递模塑法制成的一个整体。如同已知的其它实施方式一样,排放管和热敏开关是在树脂传递模塑工艺过程中整体模塑在流线壳内部的有关位置上,不破坏结构就拆不下来。
根据本发明的一个特征,其具有一个用于飞机的标准组件式的排液管装置,它包括一个中空流线壳,流线壳带有一个用于安装到机身上的安装座,安装座与依照空气动力学成形的流线形壳体相连,流线形壳体所具有的轮廓形状使得安装座装在机身上时流线形壳体伸入到周围的气流中,流线形壳体的末端有一个排放孔,排液管装置还包括一个排放管组件,排放管组件包括一个电热元件,排放管组件相对于流线壳固定在确定位置上,与流线壳不接触地,贯穿其中,并以排放孔为端点,它由排放孔中的弹性装配件支承,该弹装配件容纳着加热排放管的端部,并且在排放孔处,弹性支承着线壳体内的加热排放管的端部,排放管组件包括一个电热元件。
根据本发明的另一个特征,其具有一个用于飞机的加热排液管组件,包括:
a)一个中空的流线壳,流线壳有一个用于安装到机身上的安装座,安装座与依照空气动力学成形的流线形壳体相连,流线形壳体所具有的轮廓形状使得安装座装在机身上时,流线形壳体伸入到周围的气流中,流线形壳体在其远离安装座的端部至少有一个位于末端的排放孔;
b)至少有一个排放管组件,包括一个带有电热元件的排放管,排放管在邻近安装座处支承固定到流线壳上,排放管与中空流线壳不接触地贯穿其中,并以排放口为端点;
c)弹性装配件位于排放孔之中,该弹性装配件在排放孔处,容纳和弹性支承着流线形壳体内的加热排放管的端部。
参照描述本发明最佳实施例的说明书以及作为说明书组成部分的附图,本发明的许多特征和优点将更加清楚。
图1是从本发明标准组件的排液管装配结构的尾部看去的视图。
图2是图1所示排液管装配结构的放大的剖面侧视图。
图3是图2省去一些零件后的右视图。
图4是图2省去一些零件后的俯视图。
图5是沿图2中5-5线的俯视剖面图。
图6是排液管装配结构某一部分的进一步放大的局部剖面图。
图7是沿图6中7-7线的剖面图。
图8是流线壳另一个实施例的局部视图。
图9是本发明的一个实施例的电路示意图。
在附图中,排液管组件的尾部是这样定义的:当排液管组件安装在飞行中的飞机上时,排液管组件上相对于周围气流来说处于最下游的那部分。在所有附图中,相同的或相应的零件注了相同的参考标号。
图1和图2示出了一个排液管组件8。它包括流线壳10、排放管组件11和弹性装配件12。流线壳10包括安装座13、壳体14和出口管15。在某些较佳实施例中,流线壳10的零件由一整体零件构成。流线壳10包括一个空腔即流线壳空腔16。如图5中清楚可见的那样,流线壳10具有用来增加强度和刚度的前沿泡沫塑料芯40和后沿泡沫塑料芯41。如图1-图4所示,安装座13上具有一组安装孔20,用来把排液管组件8安装在飞机上。
尽管本发明是以整体式的流线壳10来描述的,本发明的排放管组件11也可以使用多件组装式的流线壳。然而整体式的流线壳更为牢固,因为它不存在可能引起机械失效的接缝。在诸多已知的可以用来制作整体式流线壳的方法中,树脂传递模型法被认为是最经济的并可以提供最牢固的组件。在某些较优的实施例中,泡沫塑料芯被模塑在流线壳当中,然后通过机械方法去掉一部分而形成空腔16。树脂传递模塑领域中的专业人员,可以通过已知的方法,来确定树脂传递模塑中干燥玻璃纤维或其它增强纤维的敷层,合适的树脂,以及实际的模型工艺。围绕泡沫塑料芯双向卷绕编织增强带,围绕和沿着排液管形成连续的纤维排列,就可以获得高强度。在安装座的各个角要多提供些纤维,以避免形成易于破碎的过量树脂区。在某些较佳实施例中,采用了室温固化的聚脂树脂,流线罩的纤维掺入量是30%-40%。
排放管组件11包括排放管17、电热件19和排放管法兰18。排放管17刚性连接到排放管法兰18上。通过一些螺钉111把排放管法兰连接到入口盘110上,尽管图示的实施例使用了3个法兰螺钉111,螺钉数量是任意的,可以减至1个。入口盘110座装入安装座13中的一个凹槽112中,凹槽112的形状和尺寸与入口盘110相吻合,安装后使得入口盘110的顶面与安装座13的顶面相平齐。通过入口盘螺钉113把入口盘110固定就位。入口盘110有一些用来装配螺钉113的槽114。槽114使得排放管组件11能够相对于流线壳10前后调整,以补偿制造过程中的尺寸偏差。密封层115用以防止液体和其它污染物渗入到流线壳的空腔16中。排放管17的出口端24滑动地弹性支承在环形弹性密封装配件12的孔中,该弹性密封装配件装在出口管15端部的凹槽132中。排出管17的这种安装方法能够满足排出管17和流线壳之间因热胀冷缩而产生的相对运动,能够密封住流线壳,防止排出的液体流入壳内,以及便于维修更换时,拆卸和重新安装排放管。环形弹性装配件12还用作出口管15和排放管17之间的热绝缘。图2和图3提供了环形弹性装配件12与流线壳出口管15及排放管17之间的多个视图。
在一些较佳实施例中,排出管17弹性地连接到入口盘110上,使它可以移动,以补偿与入口盘110、安装座13、排放管17的出口部分24以及环形弹性安装件12之间的相对误差。这一特征因允许有较大的尺寸公差而可以降低制造成本。
在一些较佳实施例中,环形弹性密封装配件由硅脂弹性物制成,也可以采用具有适当机械和化学性能的其它弹性材料。
如前所述,在某些已知的结构中,作为流线壳树脂传递模塑型序的一部分是将排放管组件(未示出)模塑在流线壳(未示出)中。加热和冷却过程中排放管热胀冷缩产生的循环作用直接传递到流线壳上,显然这会发生已知的破裂。本发明中,通过使排放管的一端相对于流线壳运动,不受阻力地自由膨胀和收缩,从而解决了上述问题。这一特征并不限于标准组件式结构,在排放管与流线壳永久性连接的场合,例如在把连接盘粘接到流线壳安装座上的情况下,同样也可以应用上述特性。
如图6和图7所示,电热件19包括封装在电绝缘材料50和52中的电热丝51,一层热绝缘材料53。以及在实施例中表示为金属薄层的热辐射阻挡层54。电热件19绕在并附着在排放管17的外面。
在某些较佳实施例中,排放管由不锈钢制成。绝缘层50和52是(热固)硅脂弹性支承的多层0.025英寸厚的Permacell    FS903玻璃纤维。热绝缘层53是Bisco产品Exobloc    RF-100,它是海绵状的硅脂弹性物并带有整体性的铝箔外层作为热辐射阻挡层54。电热丝的成份为70%的镍和30%的铁。
如果设计适当,70%镍和30%铁的电热丝成份可以形成自调整加热元件,设计过程要通过设计和实验反复进行。热管表面单位面积上所需的瓦特功率密度要根据预定飞机的基本工作条件分析计算。有关的工作参数有:流线壳和排放管的结构,流经排放管的废水的流速和温度,以及诸如自由气流的流速和温度等外界条件。提供所要求的欧姆/英尺线性阻值的电热丝直经要依据所需的功率密度和电热丝间隔来确定。当工作条件偏离基本条件时,加热器元件的温度会依据工作条件而上升或下降,元件的阻值会随温度变化而相应增加或减小。阻值的这些变化引起输出功率产生相应的相反变化。
对于任何给定的工作条件,加热器元件将寻求一种稳定的温度状态。就较佳实施例的硅脂弹性材料而言,可以达到的最高稳定温度约为450°F。对某些纤维增强塑料来说,可以达到的最高稳定温度约为300°F。70%镍和30%铁的成份的电热丝具有很大的阻值与温度变化范围,这就能使电热丝直径和间隔在合理的限定条件下,设计出能够工作在最高或最低稳定温度条件下工作的加热器。
加热元件可如下制作:一层覆有未固化硅脂弹性物的玻璃纤维层纵向放在一个模板上;然后放在一个卷绕夹具上,该夹具有两排从一个板上伸出来的间隔开的销;将电热丝卷绕到该夹具上,卷在硅层上面;将模板连同硅层和电热丝网一同(从夹具上)取下;再从模板上取下硅层及电热丝网并把它们展平;在电热丝上再覆盖一层硅层;在未固化的加热元件组件上放一个样板,把加热元件组件截成最终的形状,未固化的加热元件组件的平面形状应该是这样的:当把它缠绕到弯曲的排放管表面上时不会发生折皱;一个(未示出的)阶梯销装在排放管的出口端,以防止硅脂弹性物滑向管端,因此该销有一个阶梯状的支承肩,于是排放管端部不覆盖硅脂弹性物,它可以自由地插入到密封弹性装配件12中去;将排放管表面去油;把未固化的加热元件组件纵向缠绕在排放管上;把引线银焊到电热丝上;用一条不粘接的分离织物螺旋缠绕在排放管上;覆盖在未固化加热元件组件的表面;将未固化的组件真空包装并在蒸压罐的热压下使它固化,据认为也可使用固化炉。
将另一层涂有未固化硅脂弹性材料的玻璃纤维层覆盖在已固化的加热元件组件外面;并将一层热绝缘层纵向缠绕在加热元件和排放管上;用不粘接分离织物螺旋缠绕在加热元件组件上;再进行真空包装;在蒸压罐中热压下固化;最后,加热元件组件中空气循环炉内450°F温度下二次固化三小时。
所述的特殊实施例可能有多种变化形式。例如,在某些较佳实施例中,排放管17可以由除不锈钢以外的任何适当的材料制成,包括铜或纤维增强塑料。热绝缘层53可以由各种能买到的绝缘材料构成,或者在某些应用场合下可以完全省去。对热辐射阻挡层54来说也是如此。
在某些最佳实施例中,电绝缘层50和52可以不是硅树脂,而是由任何一种合适的耐热弹性材料构成。耐热弹性材料是指这样的弹性材料,它能够在排放管的使用期限内保持合适的机械性能和电性能不发生退化。除了弹性材料以外,电绝缘层还可以由耐热的纤维增强塑料构成。
如图2和图5所示,排放管17和加热件19穿壳流线过的空腔16,不与流线壳的壁接触。流线壳空腔中的静止空气区将流线壳与加热了的排放管组件隔开,并提供热绝缘。
电线126的布置最好避免与流线壳的壁相接触。采用图2所示的线箍127就可以保持电线的位置。电线126或加热件19与流线壳的壁相接触会导致磨损和过早失效。
在使用时,通过接线器116和电缆117向电热件19提供电流。电缆是通过电缆夹头118和夹头螺钉119固定在入口盘110上的。电缆穿过设置在入口盘110上的电缆孔120。在电缆117穿越入口盘110的位置上
设置了电缆密封件121,以防止液体或其它污染物渗入到流线壳空腔16中去。在电缆117上引出两根导线122和123接到热敏开关124上,热敏开关124通过螺钉125安装在入口盘110上。电线126连接到电热件19的三个区域中每一区域的电热丝51上。线箍127在一些位置上把各种导线123、122、和120捆扎在一起。接地极130用连接螺钉131固定在入口盘110上。
在另一实施例中,接线器可以直接安装在入口盘的顶部或安装座上。然而,在这个位置,接线器可能要承受从连接适配器128泄漏出的废水、或承受从安装座与机身(未示出)之间的密封处泄漏其它液体的侵袭。与这些液体相接触显然会使接线器发生腐蚀。图示的实施例通过一根电缆把接线器与组件安装区分隔开,从而解决了上述问题。
必须设置一个装置来连接排放管17和飞机废水系统的出口接管135。在图示的实施例中,通过一个软管夹头129把一个柔性的连接适配器128连接到排放管上。连接适配器128形状能够与入口盘110上孔的相应尺寸和形状密封配合。在某些较佳实施例中,当拧紧螺钉111,使排放管法兰18与入口盘110的下部相接触时,连接适配器128就被压紧。排放管与飞机废水系统出口的连接方式可依据应用场合而变化,可以不同于这里所示和描述的特定实施例。
适合本发明的一个电路图表示在图9中。当飞机在空中运行时,该电路在115VAC下工作,当飞机停在地面时,电路在28VDC下工作。当热敏开关的温度高于预定值时,热敏开关124断开热敏继电路60的地线122和123。热敏继电器随即打开继电器的触点61和62。当飞机停在地面时,热敏开关是闭合的。28VDC电源通过电源控制继电器66的触点67和68提供给排放管的加热电阻丝63、64和65。继电器触点69提供了辅助接地装置。在这种28VDC设置下,加热电阻丝63、64、65并连到28VDC电源上,当飞行中采用115VDC电源时,电源控制继电器66动作,使触点67接到115VAC源上,并且打开触点68和69。在115VAC设置下,加热电阻丝63、64和65是串联的。为安全起见,设置了电路断电器610和611。
并不是在所有的较佳实施例中都需要这种复杂的电路。例如,加热元件的地线可由热敏开关导通,由此直接控制供给加热元件的电流,省去热敏控制继电器60。加热区域的数量取决于特定使用场合的设计要求。可以少至一个区域或多于图9所示的3个区域。某些实施场合下也可以不切换在28VDC下的并连电阻区和在115VAC下的串连电阻区。
如图8所示,在一些较佳实施例中,流线壳10的出口管15′在开有排放管出口的端部上有倒角。这个倒角134为出口管15′周围的气流引流,防止排出的水积在出口管15′上。

Claims (23)

1、飞机的标准组件式排液管装置,它包括一个中空流线壳,
流线壳有一个用来安装到机身上的安装座,安装座与依照空气动力学成形的流线形壳体相连,流线形壳体所具有的轮廓形状使得安装座装在机身上时流线形壳体伸入到周围的气流中,流线形壳体的末端有一个排放孔,排液管装置还包括一个排放管组件,排放管组件包括一个电热元件,排放管组件可相对于流线壳固定在确定的位置上,与流线壳不接触地贯穿其中并以排放孔为终点,排放管组件由排放孔中的弹性装配件支承,该弹性装配件安装在加热排放管的端部,并且在排放孔处弹性支承着流线壳内的加热排放管的端部,排放管组件包括一个电热元件。
2、按照权利要求1所述的装置,其特征在于还包括一个装在排放管一端上的入口盘。
3、按照权利要求2所述的装置,其特征在于入口盘是固定安装的。
4、按照权利要求2所述的装置,其特征在于还包括一个安装在入口盘上,当温度高于预定值时用于切断向加热元件供电的热敏开关。
5、按照权利要求1所述的装置,其特征在于还包括一层覆盖在加热元件上的热绝缘层。
6、按照权利要求5所述的装置,其特征在于还包括覆盖在热绝缘层的热辐射阻挡层。
7、按照权利要求6所述的装置,其特征在于热辐射阻挡层是一层附着在热绝缘层上的金属薄层。
8、按照权利要求1所述的装置,其特征在于加热元件封装在耐热聚合材料中。
9、按照权利要求1所述的装置,其特征在于排放管由金属和纤维增强塑料组合成的材料构成。
10、按照权利要求1所述的装置,其特征在于加热元件是封装在电绝缘材料中的金属丝网,金属丝的电阻率具有很高的正象温度系数加热元件卷绕和附着在排放管的外面,并能够按预定值向排放管的不同部位供热。
11、按照权利要求1所述的装置,其特征在于排放管组件可以无损坏地从排液装置拆卸下来。
12、飞机的加热排液管组件,包括:
a)一个中空的流线壳,流线壳有一个用来安装到机身上的安装座,安装座与依照空气动力学成形的流线形壳体相连,流线形壳体所具有的轮廓形状使得安装座装在机身上时流线形壳体伸入到周围的气流中,流线形壳体其远离安装座的端部至少有一个位于末端的排放孔;
b)至少一个排放管组件,它包括一个带有电热元件的排放管,排放管在邻近安装座处支承固定到流线壳上,排放管与中空流线壳不接触的贯穿其中并以排放口为终点:
c)位于排放孔中的弹性装配件,该弹性装配件在排放孔处安装并弹性支承流线形壳体内的加热排放管的端部。
13、按照权利要求12所述的排液管组件,其特征在于加热排放管。
14、按照权利要求12所述的排液管组件,其特征在于安装座是内凹的,排放管组件包括一个与上述凹部配合的入口盘,通过可拆卸的机械紧固件把入口盘固定在安装座上。
15、按照权利要求14所述的排液管组件,其特征在于入口盘座入安装座的凹部后密封覆盖着中空流线壳,通过可拆卸的机械紧固件固定到安装座上,防止液体或其它污染物进入中空流线壳。
16、按照权利要求12所述的排液管组件,其特征在于弹性安装件固定在流线壳末端的排放孔内,密封支承着排放管,密封件防止液体和其它污染物从流线壳端部和排放管之间进入到中空流线壳中。
17、按照权利要求12所述的排液管组件,其特征在于飞机工作时液体和其它污染物不易进入中空流线壳的位置上为中空流线壳设置的通气孔。
18、按照权利要求12所述的排液管组件,其特征在于流线壳是用树脂传递模塑法制造的。
19、按照权利要求12所述的排液管组件,其特征在于电热排放管是自调整式的,加热元件是封装在电绝缘材料中的金属丝网,金属丝的电阻率具有很高的正象温度系数,加热元件卷绕和附着在排放管的外面,并能够按预定值向排放管的不同部位供热。
20、按照权利要求14所述的排液管组件,其特征在于还包括一个在中空流线壳内安装到入口盘上的热敏开关,当热敏开关的温度高于预定值时用它来切断供给电热元件的电流。
21、按照权利要求12所述的排液管组件,其特征在于还包括一层覆盖和附着在加热元件上的热绝缘层。
22、按照权利要求12所述的排液管组件,其特征还在于流线壳是一个中空的、单件式的纤维增强塑料制成的流线壳,它包括一个宽的椭圆形的安装座,安装座逐渐收缩成为薄翼形状的流线壳体,壳体进一步收缩成出口管,流线形壳体与安装座成一个角度,当安装座装在机身上时,流线形壳体伸入到周围的气流中,流线形壳体的弦与安装座的弦及周围气流成一直线,出口管位于流线形壳体的末端,出口管的轴线大体与周围气流成一直线。
23、按照权利要求22所述的排液管组件,其特征在于流线形壳体出口管的端部有倒角。
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