CN112389661A - 飞机空调组件总成和组装方法 - Google Patents

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简-迈克尔·I·富尔德
布赖斯·阿伦·蒂利亚克
肖恩·保罗·威廉姆·安德森
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Abstract

本公开涉及飞机空调组件总成和组装方法。一种飞机空调组件总成，包括：被配置成排放热量的空调组件；以及定位成紧邻空调组件的外部面板。外部面板包括在其中限定的开口，面向空调组件的第一侧和限定被配置为与自由流气流连通的外部表面的第二侧。空调组件的至少一部分设置在开口内，以利于将热量从空调组件传送到自由流气流。

Description

飞机空调组件总成和组装方法
技术领域
本公开主要涉及飞机环境控制系统，并且更具体地涉及具有改善的散热能力的空调组件和行李舱组件。
背景技术
至少一些已知的飞机包括冲压空气系统，该冲压空气系统向飞机环境控制系统(ECS)的至少一个空调组件提供冲压空气。在一些已知的飞机中，空调组件与其他飞机组件一起位于飞机的行李舱内。空调组件使用冲压空气为输送到飞机乘客舱的高温气动空气提供冷却。但是，冲压空气不能吸收所有内部热量，因此，热量可能会传送到行李舱内的组件以及周围的飞机结构。至少一些飞机在空调组件周围包括一层绝缘层，以减少热量从空调组件排放到行李舱内。然而，这种绝缘增加了飞机的整体重量和空间包络，并且可能具有有限的使用寿命。
本部分旨在向读者介绍可能与本公开的各个方面有关的本领域的各个方面，下面将对此进行描述和/或要求保护。相信该讨论有助于向读者提供背景信息以促进对本公开的各个方面的更好理解。因此，应该理解的是，应从这种角度来阅读这些陈述，而不是作为对现有技术的承认。
发明内容
一方面，提供了一种飞机空调组件总成。该组件包括被配置为排放热量的空调组件，以及定位成紧邻空调组件的外部面板。外部面板包括在其中限定的开口，面向空调组件的第一侧和限定被配置为与自由流气流连通的外部表面的第二侧。空调组件的至少一部分设置在开口内，以利于将热量从空调组件传送到自由流气流。
在另一方面，提供了一种飞机。飞机包括限定在飞机侧的行李舱，该行李舱包括内舱。空调组件位于内舱，并且该空调组件被配置成排放热量。外部面板定位成紧邻空调组件，并且至少部分地限定内舱。外部面板包括在其中限定的开口，面向空调组件的第一侧和限定被配置为与自由流气流连通飞机的外部表面的第二侧。空调组件的至少一部分设置在开口内，以利于将热量从空调组件传送到自由流气流。
在另一方面，提供了一种组装飞机的方法。该方法包括在飞机的下侧上限定行李舱，其中，行李舱包括内舱；将空调组件定位在内舱，其中，空调组件被配置为排放热量；以及将外部面板定位成紧邻空调组件以至少部分地限定内舱。外部面板包括在其中限定的开口，并且外部面板被定位成使得其第一侧面向空调组件，并且使得其第二侧限定被配置为与自由流气流连通的飞机的外部表面。方法还包括在开口内设置空调组件的至少一部分，以促进热量从空调组件传送到自由流气流。
存在关于本公开的上述方面所指出的特征的各种改进。其他特征也可并入本公开的上述方面。这些改进和附加特征可单独存在或以任何组合存在。例如，以下关于本公开的任何所示实施方式讨论的各种特征可单独地或以任何组合结合到本公开的任何上述方面中。
附图说明
图1是示例飞机的示意图。
图2是图1所示的飞机的一部分的仰视图。
图3是图2所示的并且沿着线3-3截取的飞机的一部分的截面图，并且飞机的该部分包括示例飞机空调组件。
图4示出了图3中所示的并包括附加的飞机空调组件的截面图。
图5是图2所示的并且沿着线5-5截取的飞机的一部分的示意性截面图，飞机的该部分包括示例密封系统。
图6示出了图5所示的并包括附加的密封系统的示意性截面图。
图7示出了图5所示的并包括附加的密封系统的示意性截面图。
图8示出了图5所示并包括第一操作模式中的附加密封系统的示意性截面图。
图9示出了图5所示并包括第二操作模式中的附加密封系统的示意性截面图。
在整个附图中，相应的附图标记表示相应的部分。
具体实施方式
所描述的实施方式涉及具有改善的散热能力的空调组件和行李舱组件。如本文所述，该组件包括配置成排放热量的空调组件，以及定位成紧邻该空调组件的外部面板。外部面板具有在其中限定的开口，该开口在行李舱和周围环境之间提供流动连通路径。空调组件的至少一部分设置在开口内，使得空调组件暴露于周围环境。设置在开口内的空调组件的部分没有位于空调组件和外部面板之间的绝热材料的中间层。在一种实现方式中，空调组件具有底壁，该底壁延伸穿过开口以与周围环境直接流动连通。底壁可具有翼型横截面形状，以有利于保持飞机的空气动力学效率。在任一实现方式中，由空调组件产生的热量都可以以有效、节省空间和减轻重量的方式排放到周围环境中，从而增强了内部流动的散热能力。
如本文中所使用的，以单数形式陈述并且在单词“一”或“一个”之前的元件或步骤应被理解为不排除多个元件或步骤，除非明确地陈述了这种排除。此外，对本公开的“示例性实现方式”或“一个实现方式”的引用无意被解释为排除也包含所述特征的附加实现方式的存在。
图1是示例飞机100的示意图。飞机100包括加压区域102和非加压区域104。加压区域102包括但不限于驾驶舱106和客舱108。非加压区域104包括但不限于限定在飞机100的下侧114上的行李舱112。行李舱112具有内部空间116，并且空调组件118位于内部空间116中。在操作中，空调组件118接收来自例如飞机100上的发动机、辅助动力单元或电动压缩机(均未示出)的气流。然后，空调组件118冷却气流，并排出冷却的气流以分配在加压区域102内。因此，空调组件118在其运行期间产生并散发热量。
图2是飞机100的一部分的仰视图，而图3是沿线3-3截取的飞机100的一部分的截面图。飞机100包括紧邻位于行李舱112内的空调组件118的外部面板120。外部面板120具有在其中限定的开口122。外部面板120还具有面向空调组件118的第一侧124和限定飞机100的外部表面128的第二侧126。第一侧124面向空调组件118，其在于至少一部分空调组件118在第一侧124面对的方向上延伸。外部表面128与被引导经过外部面板120的自由流气流130连通。自由流气流130由飞机100的外部限定的周围环境132限定。此外，当飞机100运动时，自由流气流130的速度和冷却能力通常直接与飞机100的速度成比例，并且自由流气流130在大致向后的方向(RWD)上被引导通过外部面板120。如本文所使用的，术语“紧密接近”是指当外部面板120与空调组件118的任何部分接触或最小地与空调组件118的任何部分间隔开时。
空调组件118包括热交换器134，并且多个管道135与热交换器134流体连通。气流经由一个或多个管道135被引导至热交换器134，以促进在气流之间传送热量，并且气流例如从热交换器134排放以分配在加压区域102(图1所示)内。热交换器134具有顶侧136、底侧138和在它们之间延伸的多个纵向侧(lateral side)140。如上所述，空调组件118在其运行期间产生热量。例如，如图3所示，热量142从空调组件118的每一侧136、138和140排出。
空调组件118的至少一部分设置在外部面板120的开口122内，以利于将热量142从空调组件118传送到自由流气流130。例如，热交换器134的底侧138和至少一部分管道135设置在开口122内，并且直接暴露于周围环境132。因此，空调组件118和管道135被定位成将热量142直接排放到自由流气流130。此外，底侧138和一部分导管135设置成与飞机100的外部表面128大致齐平。这样，底侧138和一部分导管135暴露于周围环境132，同时仍大致保持飞机100的空气动力学效率。
在一种实现方式中，绝热材料层144在热交换器134的至少一部分上延伸。例如，如上所述，热交换器134的底侧138直接暴露于周围环境132，以有利于热量排放到自由流气流130。然而，热交换器134的其余侧，例如顶侧136和纵向侧140，被层144覆盖，以有助于减少空调组件118和行李舱112的内舱116之间的热传送。这样，行李舱112内的电子或其他组件(未示出)以及飞机结构受到保护，以免暴露于增加的热量和温度变化。绝热材料的示例包括但不限于玻璃纤维材料，诸如毯子形式，或闭孔泡沫材料，诸如聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯(PVDF)。
现在参考图4，空调组件118包括设置在热交换器134的底侧138上的底壁146。底壁146的至少一部分延伸穿过外部面板120中的开口122，以定位行李舱112的外部。即，在一个实现方式中，底壁146接合到外部面板120的第一侧124，并且底壁146的一部分从第一侧124延伸穿过开口122。可替代地，底壁146与热交换器134分开形成并接合到外部面板120的第二侧126。在任一实现方式中，底壁146定向成与自由流气流130流动连通，以有利于为从空调组件118排放的热量142定义热连通路径。另外，开口122至少部分地通过外部面板120的前边缘148和后边缘150来限定。在任一实现方式中，底壁146在前边缘148和后边缘150t之间延伸以有利于内舱116与周围环境132的密封。
另外，将底壁146暴露于自由流气流130有利于降低飞机100的空气动力学效率(如图1所示)。这样，底壁146的延伸穿过开口122的部分具有翼型横截面形状，以减小在飞行期间底壁146对飞机100造成的阻力。底壁146的形状有助于在热交换器134和底壁146之间以及在管道135和底壁146之间限定开放空间152。在一种实现方式中，开放空间152包含空气，该空气从热交换器134接收热量142，并且有利于其穿过底壁146，以传送到自由流气流130。可替代地，导热材料154位于空调组件118和底壁146之间，以及导管135和底壁146之间。导热材料154有助于增强热量从空调组件118和管道135传送到自由流气流130。示例导热材料包括但不限于导热泡沫材料、热管或非结构轻质金属材料(例如铝)。
图5是飞机100的一部分的示意性截面图，其包括示例密封系统156，其中外部面板120提供用于安装空调组件118的主要载荷路径。密封系统156配置成限制自由流气流130和碎屑(未示出)通过开口122的流入。在示例实现方式中，外部面板120包括凹口(indent)158，并且空调组件118包括尺寸确定为容纳在凹口158内的凸缘160。例如，凹口158和凸缘160它们的尺寸设置成使得空调组件118的外部表面162在它们之间限定的接口164处与外部面板120的外部表面128大致齐平。
密封系统156包括围绕开口122的外围定位的至少一个密封构件。例如，密封系统156包括定位在空调组件118和外部面板120之间的第一密封构件166和第二密封构件168。外部面板120包括侧边缘170，其与空调组件118的纵向侧140间隔开，使得在它们之间限定腔172。第一密封构件166被定位在腔体172内，并且在被定位在腔体172内之前被预加载，以有利于将行李舱112的内舱116与周围环境132密封。第二密封构件168被接合至空调组件118和外部面板120以便于密封腔体172。也就是说，第二密封构件168接合到空调组件118的纵向140，并且延伸穿过腔体172以进一步接合到外部面板120的第一侧124。紧固件174延伸穿过第二密封构件168、外部面板120和空调组件118的凸缘160，以便于将空调组件118安装在飞机100上。这样，第二密封构件168静态地固定在空调组件118和外部面板120之间，以便于增强行李舱112的内舱116和周围环境132之间的密封性。在替代实现方式中，第二紧固件是可插入的，并且容易从飞机100的外侧移除和安装。这样，当空调组件118从外部面板120上脱离时，可从飞机100的外部接近行李舱116。
第一密封构件166和第二密封构件168由使飞机100能够如本文所述起作用的任何材料制成。示例密封材料包括但不限于弹性体材料。当由弹性体材料制成时，第一密封构件166和第二密封构件168能够适应空调组件118和外部面板120之间的相对运动。
图6示出了图5中所示的并且包括附加的密封系统176的示意性截面图。飞机100包括下面板178和接合在空调组件118和下面板178之间的附接机构180。附接机构180提供用于将空调组件118安装在飞机100上的主要载荷路径，从而当它们之间进行附接时，减小了空调组件118在外部面板120上引起的负载。这样，空调组件118相对于下面板178基本保持静止。
空调组件118与外部面板120间隔开，使得在空调组件118的凸缘160和外部面板120的侧边缘170之间限定间隙182。第一密封构件166位于间隙182内，第二密封构件184和第三密封件186位于间隙182的相对侧。第二密封构件184适于密封间隙182，并且还适应外部面板120相对于空调组件118的运动。例如，将低摩擦涂层材料层188涂覆到凸缘160上，并且第二密封构件184具有在其上形成的材料的牺牲层190。在操作中，由于低摩擦涂层材料的层188和牺牲层190之间的滑动界面，外部面板120相对于空调组件118是可平移的。因此，密封系统176能够适应在空调组件118和外部面板120之间更大程度的相对运动。
图7示出了图5所示的包括附加的密封系统192的示意性截面图，其中外部面板120为空调组件118的安装提供主要的载荷路径。空调组件118与外部面板120间隔开，从而在空调组件118的凸缘160和外部面板120的侧边缘170之间限定了间隙182。另外，凸缘160包括定向成延伸到行李舱112的内舱116中的唇形构件194。密封系统192包括密封构件196，该构件位于间隙182内并具有定位在间隙182的相对侧上的第一部分198和第二部分200。密封构件196的第二部分200接合到并且包围唇形构件194的至少一部分。这样，唇形构件194有助于将密封构件196相对于空调组件118和外部面板120保持在适当位置。
图8示出了图5所示的并包括在第一操作模式下的附加密封系统202示意性截面图，图9示出了处于第二操作模式的附加密封系统202。空调组件118和外部面板120彼此间隔开，使得在它们之间限定有间隙204。密封系统202包括定位在间隙204内的弹簧密封构件(spring-seal member)206。当处于第一操作模式时，弹簧密封构件206被预加载在间隙204内，以使得弹簧密封构件206能够适应空调组件118与外部面板120之间的相对运动。例如，如图9所示，当外部面板120远离空调组件118移动时，弹簧密封构件206可膨胀以适应间隙204的尺寸增加。弹簧密封构件206可由能够使密封系统202起到本文所述作用的任何材料制成。示例材料包括但不限于形状记忆合金材料。在替代实现方式中，弹簧密封构件206是偏置装置，其至少部分地被弹性体材料封装。
此外，本公开包括根据以下项的实施方式：
项1.一种飞机空调组件总成，包括：
空调组件(118)，被配置为排放热量；和
外部面板(120)，定位成紧邻空调组件(118)，外部面板(120)包括在其中限定的开口(122)，并且外部面板(120)包括面向空调组件(118)的第一侧(124)和限定被配置为与自由流气流(130)连通的外部表面(128)的第二侧(126)，其中，空调组件(118)的至少一部分设置在开口(122)内，以利于将热量从空调组件(118)传送到自由流气流(130)。
项2.根据项1所述的总成，其中，空调组件(118)包括外壳(134)，外壳(134)包括顶侧(136)和多个纵向侧(140)，总成还包括在顶侧(136)和多个纵向侧(140)上延伸的绝热材料层(144)。
项3.根据项2所述的总成，其中，绝热材料层(144)不在空调组件(118)和外部面板(120)之间延伸。
项4.根据项1所述的总成，其中，空调组件(118)包括底壁(146)，其中，底壁(146)的至少一部分延伸穿过外部面板(120)的开口(122)。
项5.根据项4所述的总成，其中，底壁(146)的延伸穿过开口(122)的部分具有翼型横截面形状。
项6.根据项4所述的总成，还包括位于空调组件(118)和底壁(146)之间的导热材料(154)。
项7.根据项1所述的总成，还包括位于空调组件(118)和外部面板(120)之间的密封构件(166)，其中，密封构件(166)被配置成限制穿过开口(122)并朝向空调组件(118)流入的自由流气流(130)的流量。
项8.根据项7所述的总成，其中，密封构件(166)由被配置为适应空调组件(118)与外部面板(120)之间的相对运动的材料制成。
项9.一种飞机(100)，包括：
行李舱(112)，限定在飞机(100)的下侧(114)上，行李舱(112)包括内舱(116)；
空调组件(118)，位于内舱(116)内，空调组件(118)配置成排放热量；和
外部面板(120)，定位成紧邻空调组件(118)并且至少部分地限定内舱(116)，外部面板(120)包括在其中限定的开口(122)，并且外部面板(120)包括面向空调组件(118)的第一侧(124)和限定被配置为与自由流气流(130)连通的飞机外部表面(128)的第二侧(126)，其中，空调组件(118)的至少一部分设置在开口(122)内，以利于将热量从空调组件(118)传送到自由流气流(130)。
项10.根据项9所述的飞机(100)，其中，外部面板(120)是飞机的行李舱门或整流罩面板。
项11.根据项9所述的飞机(100)，其中，空调组件(118)包括外壳(134)，外壳包括顶侧(136)和多个纵向侧(140)，飞机还包括在顶侧(136)和多个纵向侧(140)上延伸的绝热材料层(144)。
项12.根据项11所述的飞机(100)，其中，绝热材料层(144)不在空调组件(118)和外部面板(120)之间延伸。
项13.根据项9所述的飞机(100)，其中，空调组件(118)包括底壁(146)，其中，底壁(146)的至少一部分延伸穿过外部面板(120)中的开口(122)。
项14.根据项13所述的飞机(100)，其中，底壁(146)的延伸穿过开口(122)的部分具有翼型横截面形状。
项15.根据项13所述的飞机(100)，进一步包括位于空调组件(118)和底壁(146)之间的导热材料(154)。
项16.根据项9所述的飞机(100)，还包括密封构件(166)，密封构件(166)相对于开口(122)设置并且配置成符合设置在开口(122)内的空调组件(118)的部分。
项17.一种组装飞机(100)的方法，所述方法包括：
在飞机(100)的下侧(114)上限定行李舱(112)，其中，行李舱(112)包括内舱(116)；
将空调组件(118)定位在内舱(116)内，其中，空调组件(118)被配置成排放热量；
将外部面板(120)定位成紧邻空调组件(118)以至少部分地限定内舱(116)，其中，外部面板(120)包括在其中限定的开口(122)，并且其中，外部面板(120)被定位成使得其第一侧(124)面向空调组件(118)，并且使得其第二侧(126)限定被配置成与自由流气流(130)连通的飞机的外部表面(128)；和
在开口(122)内设置空调组件(118)的至少一部分，以利于热量从空调组件(118)传送到自由流气流(130)。
项18.根据项17所述的方法，还包括使绝热材料层(144)跨过空调组件(118)延伸，其中，绝热材料层(144)不在空调组件(118)和外部面板(120)之间延伸。
项19.根据项17所述的方法，其中，空调组件(118)包括底壁(146)，所述方法还包括将空调组件(118)定向为使得底壁(146)的至少一部分延伸穿过外部面板(120)中的开口(122)。
项20.根据项17所述的方法，还包括将密封构件(166)设置在空调组件(118)和外部面板(120)之间，密封构件(166)被配置成符合设置在所述开口(122)内的空调组件(118)的部分。
该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的各种实现方式，并且还使本领域技术人员能够实践各种实现方式，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种飞机空调组件总成，包括：
空调组件(118)，被配置为排放热量；和
外部面板(120)，被定位成紧邻所述空调组件(118)，所述外部面板(120)包括在其中限定的开口(122)，并且所述外部面板(120)包括面向所述空调组件(118)的第一侧(124)和限定被配置为与自由流气流(130)连通的外部表面(128)的第二侧(126)，其中，所述空调组件(118)的至少一部分设置在所述开口(122)内，以利于将热量从所述空调组件(118)传送到所述自由流气流(130)。
2.根据权利要求1所述的总成，其中，所述空调组件(118)包括外壳(134)，所述外壳(134)包括顶侧(136)和多个纵向侧(140)，所述总成还包括在所述顶侧(136)和多个纵向侧(140)上延伸的绝热材料层(144)。
3.根据权利要求2所述的总成，其中，所述绝热材料层(144)不在所述空调组件(118)和所述外部面板(120)之间延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的总成，其中，所述空调组件(118)包括底壁(146)，其中，所述底壁(146)的至少一部分延伸穿过所述外部面板(120)的开口(122)。
5.根据权利要求4所述的总成，其中，所述底壁(146)的延伸穿过所述开口(122)的部分具有翼型横截面形状。
6.根据权利要求4所述的总成，还包括位于所述空调组件(118)和所述底壁(146)之间的导热材料(154)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的总成，还包括位于所述空调组件(118)和所述外部面板(120)之间的密封构件(166)，其中，所述密封构件(166)被配置成限制穿过所述开口(122)并朝向所述空调组件(118)流入的自由流气流(130)。
8.根据权利要求7所述的总成，其中，所述密封构件(166)由被配置为适应所述空调组件(118)与所述外部面板(120)之间的相对运动的材料制成。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的总成，包括在飞机(100)上，所述飞机包括：
行李舱(112)，限定在所述飞机(100)的下侧(114)上，所述行李舱(112)包括内舱(116)；
其中，所述空调组件(118)位于所述内舱(116)内。
10.根据权利要求9所述的总成，其包括在飞机(100)上，其中，所述外部面板(120)是所述飞机的行李舱门或整流罩面板。
11.一种组装飞机(100)的方法，所述方法包括：
在所述飞机(100)的下侧(114)上限定行李舱(112)，其中，所述行李舱(112)包括内舱(116)；
将空调组件(118)定位在所述内舱(116)内，其中，所述空调组件(118)配置成排放热量；
将外部面板(120)定位成紧邻所述空调组件(118)以至少部分地限定所述内舱(116)，其中，所述外部面板(120)包括在其中限定的开口(122)，并且其中，所述外部面板(120)被定位成使得其第一侧(124)面向所述空调组件(118)，并且使得其第二侧(126)限定被配置成与自由流气流(130)连通的飞机的外部表面(128)；和
在所述开口(122)内设置所述空调组件(118)的至少一部分，以利于热量从所述空调组件(118)传送到所述自由流气流(130)。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括使绝热材料层(144)跨过所述空调组件(118)延伸，其中，所述绝热材料层(144)不在所述空调组件(118)和所述外部面板(120)之间延伸。
13.根据权利要求11至12中的任一项所述的方法，其中，所述空调组件(118)包括底壁(146)，所述方法还包括将所述空调组件(118)定向为使得所述底壁(146)的至少一部分延伸穿过所述外部面板(120)中的开口(122)。
14.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，还包括将密封构件(166)设置在所述空调组件(118)和所述外部面板(120)之间，所述密封构件(166)配置成符合所述空调组件(118)的设置在所述开口(122)内的部分。
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