CN110834733A - 空气准备系统 - Google Patents
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Abstract
空气准备系统，包括：空气入口、空气出口、压缩装置和主制冷装置，其中：空气入口用于将空气引入空气准备系统中，空气出口用于将经空气准备系统处理后的空气从空气准备系统送出，压缩装置布置在空气入口与空气出口之间并与空气入口和空气出口流体连通，压缩装置使得流经压缩装置的空气增压，主制冷装置布置在压缩装置与空气出口之间并与压缩装置和空气出口流体连通，主制冷装置使得流经主制冷装置的空气温度降低，压缩装置是电供能的压缩装置，且主制冷装置是电供能的换热元件。根据本发明的空气准备系统能够减少系统引气流量和安装空间及重量。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞机空气准备系统，特别地，本发明属于飞机惰化系统设计领域。
背景技术
民用飞机的空气准备系统是燃油惰化系统中机载制氮系统的一个子系统，空气准备系统把来自气源系统的引气(包括空气)经过处理后，调节为适合燃油惰化系统工作的状态。
现有飞机的空气准备系统，一般由压力调节活门、换热器、温度控制活门、压力传感器、温度传感器和控制器等部件组成。
在哈密尔顿森德斯特兰德公司与2016年3月4日提交的中国发明专利申请CN105936338 A中公开了一种使用空气涡轮压缩机为引气增压并采用双换热器对引气温度进行调节的空气准备系统。
由以上对现有技术的描述可知，现有技术中的空气准备系统常常使用压力空气作为能量源对空气准备系统进行供能。
这样一来，首先，传统换热器需要冲压空气(位于地面时还需要风扇抽引)作为冷边气体来对引气温度进行调节，并需要在飞机机体上开口。
此外，在下降或者慢车阶段，来自气源系统的引气压力较低，无法满足惰化系统的工作需求。若采用空气涡轮压缩机，涡轮做功需要额外的引气来驱动，从而增加发动机引气量和燃油消耗。
这就对系统安装空间和系统重量构成负担，并且可能影响飞机的气动性能。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题而作，目的在于减少系统引气流量和安装空间及重量。
一种空气准备系统，包括：空气入口、空气出口、压缩装置和主制冷装置，其中：
所述空气入口用于将空气引入所述空气准备系统中，
所述空气出口用于将经所述空气准备系统处理后的所述空气从所述空气准备系统送出，
所述压缩装置布置在所述空气入口与所述空气出口之间并与所述空气入口和所述空气出口流体连通，所述压缩装置使得流经所述压缩装置的空气增压，
所述主制冷装置布置在所述压缩装置与所述空气出口之间并与所述压缩装置和所述空气出口流体连通，所述主制冷装置使得流经所述主制冷装置的空气温度降低，
其特征在于，
所述压缩装置是电供能的压缩装置，且所述主制冷装置是电供能的换热元件。
根据本发明的空气准备系统采用电供能的压缩装置进行增压并用电供能的换热元件进行温度调节，能够减少系统引气流量和系统安装空间及重量。
根据本发明的空气准备系统的优选实施例，所述主制冷装置是半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷侧与流经所述主制冷装置的空气接触。
采用半导体制冷片对引气温度进行调节的优势至少在于：半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制和下游温度传感器的监控，可实现高精度的温度控制。采用半导体制冷片避免了传统换热器的缺陷，不需要冲压空气和风扇，可避免开口对飞机气动性能的影响，并可进一步减少系统安装空间和系统重量。
根据本发明的空气准备系统的优选实施例，所述压缩装置是机载电压缩机，所述机载电压缩机通过电能对流经所述压缩装置的空气进行增压。
采用机载电压缩机对引气进行增压的优势至少在于：不需要额外从气源系统引气，减少了引气消耗。
根据本发明的空气准备系统的优选实施例，还包括预制冷装置，其中，
所述预制冷装置是电供能的换热元件，
所述预制冷装置布置在所述空气入口与所述压缩装置之间并与所述空气入口和所述压缩装置流体连通，
所述预制冷装置使得流经所述预制冷装置的空气温度降低。
预制冷装置的设置能够根据实际需要对进入压缩装置中的空气温度进行预先调节，使得压缩装置的压缩效果更为理想。
根据本发明的空气准备系统的优选实施例，所述预制冷装置是半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷侧与流经所述预制冷装置的空气接触。
采用半导体制冷片对引气温度进行调节的优势至少在于：半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制和下游温度传感器的监控，可实现高精度的温度控制。采用半导体制冷片避免了传统换热器的缺陷，不需要冲压空气和风扇，可避免开口对飞机气动性能的影响，并可进一步减少系统安装空间和系统重量。
根据本发明的空气准备系统的优选实施例，在所述压缩装置上游布置有防喘活门，在所述压缩装置的下游布置有与所述防喘活门连接的反馈回路，所述反馈回路将离开所述压缩装置的空气反馈至所述防喘活门。
防喘活门和与其协配的反馈回路的设置有助于避免经压缩的高压气体回流和压缩机的喘振。
根据本发明的空气准备系统的优选实施例，在所述压缩装置下游且在所述主制冷装置上游布置有温度控制活门，所述温度控制活门与旁通支路连通，所述旁通支路绕过所述主制冷装置而连通至所述主制冷装置下游。
通过增加该温度控制旁通支路，提高了温度控制精度。尤其是在高高度巡航阶段，外界大气环境温度低，燃油惰化需求的引气流量小，很容易造成系统出口温度过低。本发明的该技术方案增加了温度控制旁通支路，使得可根据系统出口温度来调节温度控制活门开度，旁通支路上的热气与经过主制冷装置冷却后的气体进行适当混合后再供给燃油惰化系统，防止引气温度过低，影响燃油惰化系统性能。
根据本发明的空气准备系统的优选实施例，所述空气准备系统包括控制系统，其中：
所述控制系统包括控制器，用于对所述空气准备系统中的空气状态进行控制，
所述控制系统还包括布置在所述压缩装置下游用于监测离开所述压缩装置的空气状态的第一传感器，所述第一传感器将检测到的信号发送给所述控制器，
所述控制系统还包括布置在所述主制冷装置下游用于监测离开所述主制冷装置的空气状态的第二传感器，所述第二传感器将检测到的信号发送给所述控制器。
压缩装置下游的传感器监控压缩机出口的引气状态，空气准备系统出口(主制冷装置下游)的传感器和监控系统出口的引气状态，防止高温或高压气体对下游系统产生影响。
根据本发明的空气准备系统的优选实施例，所述控制器配置成根据所述第一传感器和/或所述第二传感器所发出的信号对所述压缩装置和/或所述主制冷装置的运行状态进行控制。
基于检测到的空气状态对空气准备系统进行控制、尤其是进行实时动态控制，能够大大有利于获得具有期望特性的空气。
根据本发明的空气准备系统的优选实施例，所述第一传感器和所述第二传感器包括温度传感器和/或压力传感器。
压缩机下游的压力传感器和/或温度传感器监控压缩机出口的引气压力和温度，以便向控制系统提供该位置处精确的引气压力和温度数据。空气准备系统出口(主制冷装置下游)的压力传感器和/或温度传感器监控系统出口的引气压力和温度，以便向控制系统提供该位置处精确的引气压力和温度数据。
综上所述，根据本发明的空气准备系统的有益效果至少在于：
(1)能够减少系统引气流量和安装空间及重量；以及
(2)提高温度和压力控制精度。
应了解的是，上文的一般描述和下文的详细描述说明了各种实施例并且旨在提供理解要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。本文件包括附图，以提供对各种实施例的进一步理解。附图纳入于本说明书中并且构成本说明书的部分。附图示出了本文所描述的各种实施例，并且与文字描述一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
参考以上目的，本发明的技术特征在下文中清楚地描述，并且其优点从以下参考附图的详细描述中显而易见，附图以示例方式示出了本发明的优选实施例，而不限制本发明的范围。
附图中：
图1是根据本发明的空气准备系统的优选实施例的原理性示意图。
附图标记列表
100空气准备系统
110空气入口
111流量调节活门
120空气出口
130压缩装置
140主制冷装置
150预制冷装置
160防喘活门
170反馈回路
180温度控制活门
190旁通支路
191流量调节装置
200控制系统
210控制器
220第一传感器
230第二传感器
具体实施方式
现在将详细地描述本发明的实施方式，这些实施方式的示例被显示在附图中并在下文中被描述。尽管本发明将与示例性实施例相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为所例示的那些实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且还覆盖可以被包括在本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其他实施例。为了便于解释和精确定义本发明的技术方案，术语“上”、“下”、“内”和“外”用于参考在附图中所示的示例性实施例的特征的位置来对这些特征进行描述。
下面将参考附图对本发明的示例性实施例进行详细描述。
图1中示出了根据本发明的优选实施例的空气准备系统100的原理性示意图。从图1中可以看出，根据本发明的优选实施例的空气准备系统100包括：空气入口110、空气出口120、压缩装置130和主制冷装置140。以下对这些组成部分及其有利的实施方式进行描述。
空气入口110用于将空气引入空气准备系统100中。在实际应用中，空气入口110可以是上一系统、例如气源系统的出口。换言之，空气准备系统100的空气可由气源进行供给。
空气入口110可包括流量调节活门111，流量调节活门111位于空气准备系统100的上游。流量调节活门111用于调节进入空气准备系统的空气的流量和压力、即对引气压力进行调节，并且可用于打开或关闭空气入口110、即开启或者关闭空气准备系统。
空气出口120用于将经空气准备系统100处理后的空气从空气准备系统100送出。优选地，空气出口120可直接连接至下一系统、例如是惰化系统。
压缩装置130布置在空气入口110与空气出口120之间并与空气入口110和空气出口120流体连通。压缩装置130使得流经压缩装置130的空气增压。并且，压缩装置130是电供能的压缩装置。换言之，压缩装置130的用于压缩的能量由电源供应。电源例如可以是机载发电机。更具体地，压缩装置130可设置为机载电压缩机，机载电压缩机通过电能对流经压缩装置130的空气进行增压。
同样如图1中的优选实施例中所示的，在压缩装置130上游可布置有防喘活门160，在压缩装置130的下游可布置有与防喘活门160连接的反馈回路170。其中，反馈回路170可用于将离开压缩装置130的空气反馈至防喘活门160。
要指出的是，当来自气源的引气压力足够时，压缩装置130(例如，电压缩机)不工作或停机，引气可直接经过下述主制冷装置140调节后进入惰化系统。
主制冷装置140布置在压缩装置130与空气出口120之间并与压缩装置130和空气出口120流体连通，主制冷装置140使得流经主制冷装置140的空气温度降低。并且，主制冷装置140是电供能的换热元件。换言之，主制冷装置140的用于制冷的能量由电源供应。电源例如可以是机载发电机。更具体地，主制冷装置140可设置为半导体制冷片，半导体制冷片的冷侧与流经主制冷装置140的空气接触。主制冷装置140例如可包括一片或多片半导体制冷片。半导体制冷片优选地可以在主制冷装置140中围绕空气流道的四周环绕地布置，从而更好地对流经主制冷装置140的空气进行冷却。
同样如图1中的优选实施例中所示的，在压缩装置130下游且在主制冷装置140上游可布置有温度控制活门180。温度控制活门180可与旁通支路190连通。其中，旁通支路190可绕过主制冷装置140而连通至主制冷装置140下游。旁通支路190上还可设有流量调节装置191，以调节流经旁通支路190的流量大小。
在优选的实施例中，本发明的空气准备系统还可包括预制冷装置150。例如，如图1中所示，预制冷装置150可布置在空气入口110与压缩装置130之间并与空气入口110和压缩装置130流体连通。预制冷装置150使得流经预制冷装置150的空气温度降低。在布置有预制冷装置150的情形中，引气在流经压缩装置130前，先经预制冷装置150降温后再进入压缩装置130进行增压。
预制冷装置150可优选地采用与主制冷装置140相似的电供能的换热元件。例如，与主供冷装置140相似，预制冷装置150也可以是半导体制冷片，半导体制冷片的冷侧与流经预制冷装置150的空气接触。由于对预制冷装置150的制冷要求往往没有主制冷装置140那么大，预制冷装置150的制冷片的制冷效果和设置规模可小于主制冷装置140。
优选地，空气准备系统100可包括控制系统200。如图1中的优选实施例中所示的，控制系统200可包括控制器210。控制系统200还可包括第一传感器220和第二传感器230。
控制器210可与空气准备系统100中的所有部件中的一者或多者连接，以对它们进行控制。例如，控制器210可控制流量调节活门111、预制冷装置150、防喘活门160、压缩装置130、第一传感器220、温度控制活门180、主制冷装置140、第二传感器230。为了实现上述控制，控制器210可通过本领域中常见的技术手段与上述部件进行通信，从而实现相应控制信号的传送。
上述第一传感器220布置在压缩装置130下游，其用于监测离开压缩装置130的空气状态。如上所述的，第一传感器220可将检测到的信号发送给控制器210，以供控制器210根据该信号对压缩装置130和/或防喘活门160进行控制。第一传感器220例如可包括温度传感器和/或压力传感器。温度传感器和压力传感器可对离开压缩装置130的引气温度和引气压力进行监视。
上述第二传感器230布置在主制冷装置140下游，其用于监测离开主制冷装置140的空气状态。如上所述的，第二传感器230可将检测到的信号发送给控制器210，以供控制器210根据该信号对主制冷装置140和/或温度控制活门180进行控制。第二传感器230例如可包括温度传感器和/或压力传感器。温度传感器和压力传感器可对离开主制冷装置140的引气温度和引气压力进行监视。
控制系统200例如可配置成：当来自空气入口区域110(例如，气源)的引气压力过低时，空气准备系统100的控制器210根据主制冷装置140(例如，主半导体制冷片)下游的传感器230(例如，压力传感器)的数值驱动压缩装置130(例如，机载电压缩机)进行工作。增压后的气体再经主半导体制冷片和温度控制活门调节温度后进入惰化系统。
类似地，控制系统200可通过监测其他信号对空气准备系统100进行各种控制，在此不再一一赘述。
以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。
考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。
Claims (10)
1.一种空气准备系统(100)，包括：空气入口(110)、空气出口(120)、压缩装置(130)和主制冷装置(140)，其中：
所述空气入口(110)用于将空气引入所述空气准备系统(100)中，
所述空气出口(120)用于将经所述空气准备系统(100)处理后的所述空气从所述空气准备系统(100)送出，
所述压缩装置(130)布置在所述空气入口(110)与所述空气出口(120)之间并与所述空气入口(110)和所述空气出口(120)流体连通，所述压缩装置(130)使得流经所述压缩装置(130)的空气增压，
所述主制冷装置(140)布置在所述压缩装置(130)与所述空气出口(120)之间并与所述压缩装置(130)和所述空气出口(120)流体连通，所述主制冷装置(140)使得流经所述主制冷装置(140)的空气温度降低，
其特征在于，
所述压缩装置(130)是电供能的压缩装置，且所述主制冷装置(140)是电供能的换热元件。
2.根据权利要求1所述的空气准备系统(100)，其特征在于，
所述主制冷装置(140)是半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷侧与流经所述主制冷装置(140)的空气接触。
3.根据权利要求1所述的空气准备系统(100)，其特征在于，
所述压缩装置(130)是机载电压缩机，所述机载电压缩机通过电能对流经所述压缩装置(130)的空气进行增压。
4.根据权利要求1所述的空气准备系统(100)，其特征在于，
还包括预制冷装置(150)，其中，
所述预制冷装置(150)是电供能的换热元件，
所述预制冷装置(150)布置在所述空气入口(110)与所述压缩装置(130)之间并与所述空气入口(110)和所述压缩装置(130)流体连通，
所述预制冷装置(150)使得流经所述预制冷装置(150)的空气温度降低。
5.根据权利要求4所述的空气准备系统(100)，其特征在于，
所述预制冷装置(150)是半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷侧与流经所述预制冷装置(150)的空气接触。
6.根据权利要求1所述的空气准备系统(100)，其特征在于，
在所述压缩装置(130)上游布置有防喘活门(160)，在所述压缩装置(130)的下游布置有与所述防喘活门(160)连接的反馈回路(170)，所述反馈回路(170)将离开所述压缩装置(130)的空气反馈至所述防喘活门(160)。
7.根据权利要求1所述的空气准备系统(100)，其特征在于，
在所述压缩装置(130)下游且在所述主制冷装置(140)上游布置有温度控制活门(180)，所述温度控制活门(180)与旁通支路(190)连通，所述旁通支路(190)绕过所述主制冷装置(140)而连通至所述主制冷装置(140)下游。
8.根据权利要求1所述的空气准备系统(100)，其特征在于，
所述空气准备系统(100)包括控制系统(200)，其中：
所述控制系统(200)包括控制器(210)，用于对所述空气准备系统(100)中的空气状态进行控制，
所述控制系统(200)还包括布置在所述压缩装置(130)下游用于监测离开所述压缩装置(130)的空气状态的第一传感器(220)，所述第一传感器(220)将检测到的信号发送给所述控制器(210)，
所述控制系统(200)还包括布置在所述主制冷装置(140)下游用于监测离开所述主制冷装置(140)的空气状态的第二传感器(230)，所述第二传感器(230)将检测到的信号发送给所述控制器(210)。
9.根据权利要求8所述的空气准备系统(100)，其特征在于，
所述控制器(210)配置成根据所述第一传感器(220)和/或所述第二传感器(230)所发出的信号对所述压缩装置(130)和/或所述主制冷装置(140)的运行状态进行控制。
10.根据权利要求8所述的空气准备系统(100)，其特征在于，
所述第一传感器(220)和所述第二传感器(230)包括温度传感器和/或压力传感器。
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