CN110127066A - 使用燃油冷却的轻型飞机集中式冷却系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用燃油冷却的轻型飞机集中式冷却系统及方法，属于飞行器环境控制领域。本发明主要为了解决机载电子设备及激光器表面的高热流密度持续散热问题。主要包括：燃油箱（1）、第一截止阀（2）、相变材料储罐（3）、第二截止阀（4）、循环泵（5）、第三截止阀（6）、第一温度传感器（7）、发动机（8）、第四截止阀（9）、第二温度传感器（10）、电子设备（11）、第五截止阀（12）、第三温度传感器（13）、座舱空气换热器（14）。本发明以油箱内燃油作为冷却介质，循环流动以满足发动机、电子设备的冷却要求和座舱内环境控制要求，并以相变材料作为冷源冷却燃油。系统集成度高，占用空间小，且无需额外冷却介质，可靠性高。

Description

使用燃油冷却的轻型飞机集中式冷却系统及方法
技术领域
本发明涉及一种使用燃油冷却的轻型飞机集中式冷却系统及方法，属于飞行器环境控制领域。
背景技术
轻型飞机在多个行业和领域都有着广泛的应用，包括医疗救护、农林、体育娱乐、抢险救灾、森林防火、防治农业病虫害、巡逻、摄影、空中广告宣传、飞行出租、游览观光、城市治安维护等，是各国通用航空产业的重要组成部分。2016年5月17日，国务院办公厅印发《关于促进通用航空业发展的指导意见》。在此政策的推动下，我国轻型飞机的研发、制造和应用将得到越来越多的重视。
轻型飞机的飞行过程中，为保证发动机持续稳定的工作，需及时转移发动机散热量；随着电子设备的集成化发展，轻型飞机的电子设备如雷达、探测器、参数监测仪表等也需及时冷却；加之驾驶舱内人员的舒适性需求，都对轻型飞机的冷却系统提出了要求。由于轻型飞机体积较小，传统的空气循环和蒸发制冷循环系统无法安装，必须考虑简单高效的制冷方式。
对于飞机冷却系统已有多种设计被提出，但设计对象均为常规客机，均不符合轻型飞机的实际情况。如ZL201210123655.9 提出了一种基于机载能源综合回收利用的飞机座舱制冷/净化一体化系统，其制冷方式是使用常用飞机制冷包组件制冷，而轻型飞机不配备制冷包。ZL201410694132.9提出了一种带并联环形散热器的座舱制冷系统，其本质仍然是使用涡轮冷却，而使用涡轮的空气循环系统无法适应轻型飞机的体积。本发明以油箱内燃油作为冷却介质，对轻型飞机的电子设备、发动机及座舱同时进行冷却。此外，当燃油温度过高时，使用相变材料降低燃油温度，使其一直能够符合各设备的冷却要求。本发明不需额外的冷却介质，充分利用了轻型飞机的内部现有资源，结构简单可靠，冷却持续性强。
发明内容
本发明的目的是为轻型飞机提供一种可靠的使用燃油冷却的集中式冷却系统。
一种可靠的使用燃油冷却的集中式冷却系统包括燃油箱、第一截止阀、相变材料储罐、第二截止阀、循环泵；
其中燃油箱的出口分为两路，第一路与第二截止阀的入口相连，第二路经过第一截止阀与相变材料储罐的入口相连；第二截止阀的出口和相变材料储罐的出口并联后与循环泵的入口相连，循环泵的出口分成三路；
第一路依次经过第三截止阀、第一温度传感器与发动机的入口相连；第二路依次经过第四截止阀、第二温度传感器与电子设备的入口相连；第三路依次经过第五截止阀、第三温度传感器、座舱空气换热器相连；
上述发动机的出口、电子设备的出口、座舱空气换热器的出口并联后与燃油箱的入口相连。
上述冷却系统分为发动机冷却系统、电子设备冷却系统和座舱环境控制系统，三个系统并联，共用燃油箱、相变材料储罐及循环泵；包括以下过程：
（1）夏季系统运行模式
第二截止阀关闭，第一截止阀打开，经循环泵驱动，燃油箱内的燃油流入相变材料储罐吸收相变材料的热量后降低温度，准备流入发动机冷却系统，或/和电子设备冷却系统，或/和座舱环境控制系统；
当第一温度传感器显示的温度超过发动机允许运行温度时，打开第三截止阀，燃油流入发动机与发动机交换热量；
当第二温度传感器显示的温度超过电子设备允许运行温度时，打开第四截止阀，燃油流入电子设备与电子设备交换热量；
当第三温度传感器显示的温度过高，影响座舱内驾驶人员舒适性时，打开第五截止阀，燃油流入座舱空气换热器，座舱空气换热器中低温燃油与高温外界引气进行热交换，降低引气温度后送入座舱内；
完成上述换热过程后，高温燃油流入燃油箱中准备下一次循环；
（2）冬季系统运行模式
冬季系统运行时，第一截止阀关闭，第二截止阀打开，经循环泵驱动，燃油箱内的低温燃油准备流入发动机冷却系统，或/和电子设备冷却系统；由于冬季座舱温度较低，不需要额外对座舱内部气体降温，第五截止阀关闭；
当第一温度传感器显示的温度超过发动机允许运行温度时，打开第三截止阀，燃油流入发动机与发动机交换热量；
当第二温度传感器显示的温度超过电子设备允许运行温度时，打开第四截止阀，燃油流入电子设备与电子设备交换热量；
完成上述换热过程后，高温燃油流入燃油箱中与燃油箱中的低温燃油混合准备下一次循环。
上述第三截止阀、第四截止阀和第五截止阀可分别根据第一温度传感器第二温度传感器和第三温度传感器显示的温度示值开启或关闭。任一支路不受其他支路的影响。
所述的相变材料储罐中可存储但不仅限于石蜡、盐类和聚合物。
附图说明
附图1为本发明的原理图。
附图1中的标号名称：1. 燃油箱、2. 第一截止阀、3. 相变材料储罐、4. 第二截止阀、5. 循环泵、6. 第三截止阀、7. 第一温度传感器、8. 发动机、9. 第四截止阀、10. 第二温度传感器、11. 电子设备、12. 第五截止阀、13. 第三温度传感器、14. 座舱空气换热器。
具体实施方式
如图1所示，一种使用燃油冷却的轻型飞机集中式冷却系统主要包括燃油箱1、第一截止阀2、相变材料储罐3、第二截止阀4、循环泵5、第三截止阀6、第一温度传感器7、发动机8、第四截止阀9、第二温度传感器10、电子设备11、第五截止阀12、第三温度传感器13、座舱空气换热器14。
飞机起飞前，按照发动机、电子设备及座舱温度控制所需制冷量向相变材料储罐3中添加一定量的相变材料。
夏季工况下，飞机起飞后，打开第一截止阀2，关闭第二截止阀4。观察第一温度传感器7、第二温度传感器10和第三温度传感器13的温度变化，根据温度变化开启第三截止阀6、第四截止阀9和第五截止阀12。
第三截止阀6开启时，燃油箱1内的燃油经循环泵5驱动，流入相变材料储罐3中降低温度，随后流入发动机8带走发动机8多余的热量。
第四截止阀9开启时，燃油箱1内的燃油经循环泵5驱动，流入相变材料储罐3中降低温度，随后流入电子设备11带走电子设备11多余的热量。
第五截止阀12开启时，燃油箱1内的燃油经循环泵5驱动，流入相变材料储罐3中降低温度，随后流入座舱空气换热器14与座舱引入的外界空气换热，换热后的外界空气送入座舱。
冬季工况下，飞机起飞后，关闭第一截止阀2，打开第二截止阀4，观察第一温度传感器7和第二温度传感器10温度变化，根据温度变化开启第三截止阀6和第四截止阀9。
第三截止阀6开启时，燃油箱1内的低温燃油经循环泵5驱动，流入发动机8带走发动机8多余的热量。
第四截止阀9开启时，燃油箱1内的低温燃油经循环泵5驱动，流入电子设备11带走电子设备11多余的热量。
上述三类部件的换热可同时完成也可分别独立完成，主要由第一温度传感器7、第二温度传感器10和第三温度传感器13的温度决定。
发动机8、电子设备11和空气换热器14的换热完成后，高温燃油经循环泵5驱动流入燃油箱1，从而继续下一次的循环。
第一温度传感器7、第二温度传感器10和第三温度传感器13的温度均正常时，关闭循环泵5和所有截止阀，不从油箱内引入燃油冷却。
该使用燃油冷却的轻型飞机集中式冷却系统结构简单，性能可靠，使用燃油作为冷却介质既确保了冷却介质的来源，又节约了轻型飞机有限的能量和空间；集中冷却轻型飞机关键部件，可确保轻型飞机关键部件正常运行，提升飞行的安全和稳定性。

Claims (2)

1.一种使用燃油冷却的轻型飞机集中式冷却系统，其特征在于：
包括燃油箱（1）、第一截止阀（2）、相变材料储罐（3）、第二截止阀（4）、循环泵（5）；
其中燃油箱（1）的出口分为两路，第一路与第二截止阀（4）的入口相连，第二路经过第一截止阀（2）与相变材料储罐（3）的入口相连；第二截止阀（4）的出口和相变材料储罐（3）的出口并联后与循环泵（5）的入口相连，循环泵（5）的出口分成三路；
第一路依次经过第三截止阀（6）、第一温度传感器（7）与发动机（8）的入口相连；第二路依次经过第四截止阀（9）、第二温度传感器（10）与电子设备（11）的入口相连；第三路依次经过第五截止阀（12）、第三温度传感器（13）、座舱空气换热器（14）相连；
上述发动机（8）的出口、电子设备（11）的出口、座舱空气换热器（14）的出口并联后与燃油箱（1）的入口相连。
2.根据权利要求1所述的使用燃油冷却的轻型飞机集中式冷却系统的方法 ，上述冷却系统分为发动机冷却系统、电子设备冷却系统和座舱环境控制系统，三个系统并联，共用燃油箱（1）、相变材料储罐（3）及循环泵（5）；其特征在于包括以下过程：
（1）夏季系统运行模式
第二截止阀（4）关闭，第一截止阀（2）打开，经循环泵（5）驱动，燃油箱（1）内的燃油流入相变材料储罐（3）吸收相变材料的热量后降低温度，准备流入发动机冷却系统，或/和电子设备冷却系统，或/和座舱环境控制系统；
当第一温度传感器（7）显示的温度超过发动机允许运行温度时，打开第三截止阀（6），燃油流入发动机（8）与发动机（8）交换热量；
当第二温度传感器（10）显示的温度超过电子设备允许运行温度时，打开第四截止阀（9），燃油流入电子设备（11）与电子设备（11）交换热量；
当第三温度传感器（13）显示的温度过高，影响座舱内驾驶人员舒适性时，打开第五截止阀（12），燃油流入座舱空气换热器（14），座舱空气换热器（14）中低温燃油与高温外界引气进行热交换，降低引气温度后送入座舱内；
完成上述换热过程后，高温燃油流入燃油箱（1）中准备下一次循环；
（2）冬季系统运行模式
冬季系统运行时，第一截止阀（2）关闭，第二截止阀（4）打开，经循环泵（5）驱动，燃油箱（1）内的低温燃油准备流入发动机冷却系统，或/和电子设备冷却系统；由于冬季座舱温度较低，不需要额外对座舱内部气体降温，第五截止阀（12）关闭；
当第一温度传感器（7）显示的温度超过发动机允许运行温度时，打开第三截止阀（6），燃油流入发动机（8）与发动机（8）交换热量；
当第二温度传感器（10）显示的温度超过电子设备允许运行温度时，打开第四截止阀（9），燃油流入电子设备（11）与电子设备（11）交换热量；
完成上述换热过程后，高温燃油流入燃油箱（1）中与燃油箱（1）中的低温燃油混合准备下一次循环。
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