CN112407294B - 一种滑油散热座舱加温系统及方法 - Google Patents

一种滑油散热座舱加温系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于动力系统滑油冷却设计技术，涉及动力系统滑油散热座舱加温系统。本发明滑油散热座舱加温系统包括滑油散热系统进气道、座舱加温引气道、入口选择活门、滑油散热器、冷却风扇、散热排放通道、座舱加温进气道以及出口选择活门。整个滑油散热加温系统都安装在座舱顶部平台和座舱顶部整流罩之间。在滑油散热系统进气道具有两个进气口。在滑油散热系统进气道和座舱加温引气道之间安装入口选择活门。冷却风扇安装在散热器后部，与散热排放通道相连。本发明利用滑油冷却系统中冷却滑油后的热空气为座舱加温系统提供部分热源，冷却系统的冷却性能除满足发动机及主减速器的散热要求外,还能满足部分作为座舱加温热源要求，具有较大实际应用价值。

Description

一种滑油散热座舱加温系统及方法
技术领域
本发明属于动力系统滑油冷却设计技术，涉及动力系统滑油散热座舱加温系统及方法。
背景技术
直升机发动机及主减速器的滑油冷却系统指直升机外部滑油系统,用来冷却发动机及主减速器滑油温度,主要包括滑油散热器、冷却风扇以及管路等。冷却风扇安装在滑油散热器后部，冷却风扇高速转动后从散热系统进气道吸入冷空气并流经滑油散热器，滑油被冷却，冷空气被加热并散发到周围的空间，没有得到利用。座舱加温系统从发动机压气机引气经过调节后用于座舱加温。发动机压气机引气是座舱加温系统的唯一热源，该种模式会引起发动机功率下降并增加燃油消耗。通常在直升机起飞、着陆以及悬停等阶段禁止使用加温系统，防止发动机引气造成功率下降，影响飞行安全。
现有技术CN108100263A一种直升机综合环控系统，该专利中的加温系统由引气系统及空气分配系统组成，引气系统从动力系统引入热气。
现有技术CN109229339A一种直升机动力舱前部整流罩，该专利属于结构设计技术，包括滑油散热器整流罩组件和滑油散热器进气道组件的结构设计，具有滑油散热风道和座舱通风进风口功能，并满足整流外形，保护设备等基本要求。
上述现有技术的滑油冷却系统与座舱加温系统是两个独立的系统，二者没有任何交联，一方面是滑油冷却后的热空气没有合理利用，另一方面是加温系统没有充足的高温气源。直升机上资源不能合理利用，因此能源利用效率低，且在某些阶段影响直升机的使用性能。
发明内容
本发明的目的：提供一种能够有效利用飞机动力滑油冷却进行座舱加温的系统，从而能够大幅提高飞机能源利用效率。
另外，还提供一种滑油散热座舱加温方法。
本发明的技术方案：一种滑油散热座舱加温系统，其包括滑油散热系统进气道1、座舱加温引气道2、入口选择活门3、滑油散热器4、冷却风扇5、散热排放通道6、座舱加温进气道7以及出口选择活门8，其中，所述冷却风扇5设置在滑油散热器4后方，滑油散热器4位于滑油散热系统进气道1末端，冷却风扇5位于散热排放通道6内，且座舱加温引气道2和座舱加温进气道7分布连通滑油散热系统进气道1和散热排放通道6，且相互之间分别设置有用于控制气道连通的入口选择活门3和出口选择活门8。
所述滑油散热系统进气道1 进口处安装有过滤网,保证进入空气的清洁度。
入口选择活门3为摆式活门结构，包括摆式活门11和摇臂12。通过操纵摇臂使摆式活门转动90°达到所需位置，进而控制气流流动方向。
配置四片相同规格的滑油散热器4，固定在一起，两台发动机滑油冷却系统各配置一片，主减速器配置两片。
冷却风扇5安装在散热器的后部、排放通道内部，通过螺钉固定在主减速器前部传动轴上由主减速器前部传动轴驱动。冷却风扇采用轴流风扇，材料选用复合材料，属于高能转子部件，其壳体满足高能转子包容特性设计要求，能够保证叶片在断裂时不会飞出风扇壳体而损坏直升机上的其他设备。冷却风扇的空气流量、风压满足散热器散热要求。
出口选择活门8为摆式活门结构，包括摆式活门11和摇臂12。通过操纵摇臂使摆式活门转动90°达到所需位置，进而控制气流流动方向。
座舱加温引气道2 采用复合材料制造，埋入式进气入口，与滑油散热引气道1的连接采用曲面壁扩压器形式。引气道的倾斜角、截面尺寸满足空气流阻、滑油散热器冷边流量需求，又不致对舱内乘员产生不利影响。
座舱加温进气道7 通过卡箍与座舱内部加温分配管路连接。在进气道出口处设置有减振降噪措施，避免开启出口选择活门8时，产生过高的噪声，影响乘员舒适度。进气道截面积，能够保证座舱内热空气需求量。
一种基于所述滑油散热座舱加温系统的加温方法，当活门3堵住座舱加温引气道2时，直升机外部的冷空气经由滑油散热系统进气道1被吸入；
当活门3堵住整流罩9上的进气口时，直升机座舱内的冷空气经由座舱加温引气道2被吸入，冷空气经过滑油散热器4加热后成为热空气，热空气进入到座舱加温系统中或散逸到座舱顶部整流罩内；
当出口选择活门8堵住散热排放通道6时，热空气通过座舱加温进气道7进入座舱加温系统中，为座舱加温系统提供热源；
当出口选择活门8堵住座舱加温进气道7时，热空气通过散热排放通道6进入座舱顶部整流罩内部，依靠旋翼下洗流吹散。
本发明的有益效果为：本发明将利用滑油冷却系统中冷却滑油后的热空气为座舱加温系统提供部分热源，冷却系统的冷却性能除满足发动机及主减速器的散热要求外,还需要满足部分作为座舱加温热源要求。在寒冷气候条件下，当外界温度为-28℃～-23℃时，可保证座舱内温度为15℃～25℃，这样既保证滑油系统散热，又能满足座舱加温的要求，因此具有较大的实际应用价值。
附图说明
图1是直升机滑油散热座舱加温系统入口选择活门和出口选择活门关闭时的气流走向示意图；
图2是直升机滑油散热座舱加温系统入口选择活门和出口选择活门打开时的气流走向示意图；
图3是选择活门在气道内安装示意图。
图中：1.滑油散热系统进气道；2.座舱加温引气道；3.入口选择活门；4.滑油散热器；5.冷却风扇；6.散热排放通道；7.座舱加温进气道；8.出口选择活门；9.整流罩；10.座舱顶部平台；11.摆式活门；12.摇臂。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
请同时参阅图1、图2和图3，本发明滑油散热加温系统包括滑油散热系统进气道1、座舱加温引气道2、入口选择活门3、滑油散热器4、冷却风扇5、散热排放通道6、座舱加温进气道7以及出口选择活门8。
整个滑油散热加温系统都安装座舱顶部平台10和座舱顶部整流罩9之间。在滑油散热系统进气道1具有两个进气口，一个在座舱顶部整流罩9上，另一个在座舱内部。为了保证从整流罩9进气口进入的空气的清洁度，在进气口处安装了滤网。座舱加温引气道1穿过座舱顶部平台10进入到座舱内部与座舱内部进气口相连。在滑油散热系统进气道1和座舱加温引气道2之间安装入口选择活门3。滑油散热器4通过支架固定在座舱顶部平台10上。冷却风扇5安装在散热器后部，与散热排放通道6相连。在座舱加温进气道7和散热排放通道6之间安装有入口选择活门8。
本发明配置了四片相同规格的滑油散热器4，固定在一起。两台发动机滑油冷却系统各配置一片，主减速器配置两片。散热器选用板翅式，其迎风面积、散热效率等参数与滑油进、出口温度、加温温度等进行协调。散热器前部与进气道1通过螺钉连接，后部与散热排放通道6通过螺钉连接。在散热器的后部、排放通道内部安装冷却风扇5，通过螺钉固定在主减速器前部传动轴上，由传动轴驱动旋转。冷却风扇的空气流量、风压满足散热器散热量，材料复合材料，其壳体满足高能转子包容特性设计要求，能够保证叶片在断裂时不会飞出风扇壳体而损坏直升机上的其他设备。滑油散热系统进气道1和散热排放通道6截面形状进行优化设计，减小空气流动损失并提高散热器的散热效率。为减轻重量，进气道和排放通道采用复合材料制成。选择活门3和8为机械式活门，通过钢索手动控制活门位置。
所述冷却风扇5吸入的冷空气有直升机外部空气和座舱内的空气。两类气源通过入口选择活门3进行选择。当活门3堵住座舱加温引气道2时，直升机外部的冷空气经由滑油散热系统进气道1被吸入。当活门3堵住整流罩9上的进气口时，直升机座舱内的冷空气经由座舱加温引气道2被吸入。冷空气经过滑油散热器4加热后成为热空气，热空气可以进入到座舱加温系统中也可散逸到座舱顶部整流罩内。当出口选择活门8堵住散热排放通道6时，热空气通过座舱加温进气道7进入座舱加温系统中，为座舱加温系统提供热源。当出口选择活门8堵住座舱加温进气道7时，热空气通过散热排放通道6进入座舱顶部整流罩内部，依靠旋翼下洗流吹散。
实施例1：
当发动机启动时或滑油温度小于45℃时，发动机及主减速器内的滑油不通过滑油散热器散热，这样就能使滑油温度很快地升高。当滑油温度处于45℃～60℃时，滑油部分通过散热器进行散热；当滑油温度大于60℃时，滑油全部通过散热器进行散热。发动机起动后, 由发动机内部的回油泵吸出的热滑油流入滑油散热器4，散热器4依靠主减速器驱动的冷却风扇5吸入外面的冷空气散热，从而降低了滑油温度,经过热交换后，冷空气变热排出。冷却后的滑油经发动机内部供油泵抽吸去润滑发动机。主减速器工作时，其底部的滑油泵抽吸主减速器底部滑油槽内的滑油，并将滑油输送到滑油散热器4中，经过冷却风扇5吸入外面的冷空气进行散热，冷空气变热排出。冷却后的滑油被输送到主减速器内的喷嘴去润滑主减速器轴承及齿轮等。
实施例2：
在非寒冷天气工作，座舱内不需要加温时，飞行员通过控制入口选择活门3关闭座舱加温引气道2及座舱加温进气道7，冷空气从直升机外部经进气道1进入，流经滑油散热器4为滑油系统散热，热空气经散热排放通道6排出，达到给动力系统散热的目的，但不参与座舱加温，此时的冷却系统为常规滑油冷却模式。
实施例3：
在寒冷气候条件下，飞行员控制入口选择活门3，打开座舱加温引气道2及座舱加温进气道7，冷空气从直升机座舱内部经引气道2进入，流经滑油散热器4为滑油系统散热后，热空气经座舱加温进气道7进入座舱加温系统，为加温系统提供热源。此时，飞行员可控制引气活门，减小或关闭发动机引气量。在外界温度为-28℃～-23℃时，可保证座舱内温度为15℃～25℃，这样既保证滑油系统散热，又能满足座舱加温的要求，此时的冷却系统为滑油冷却加温模式。
本发明将利用滑油冷却系统中冷却滑油后的热空气为座舱加温系统提供部分热源。发动机及主减速器的最高滑油温度都大于100℃,冷却系统的冷却性能除满足发动机及主减速器的散热要求外,还需要满足部分作为座舱加温热源要求。在寒冷气候条件下，当外界温度为-28℃～-23℃时，可保证座舱内温度为15℃～25℃，这样既保证滑油系统散热，又能满足座舱加温的要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，另外，本发明未详尽部分均为常规技术。

Claims (9)

1.一种滑油散热座舱加温系统，其特征在于，包括滑油散热系统进气道(1)、座舱加温引气道(2)、入口选择活门(3)、滑油散热器(4)、冷却风扇(5)、散热排放通道(6)、座舱加温进气道(7)以及出口选择活门(8)，其中，所述冷却风扇(5)设置在滑油散热器(4)后方，滑油散热器(4)位于滑油散热系统进气道(1)末端，冷却风扇(5)位于散热排放通道(6)内，且座舱加温引气道(2)和座舱加温进气道(7)分布连通滑油散热系统进气道(1)和散热排放通道(6)，且相互之间分别设置有用于控制气道连通的入口选择活门(3)和出口选择活门(8)。
2.根据权利要求1所述的滑油散热座舱加温系统，其特征在于，所述滑油散热系统进气道(1) 进口处安装有过滤网,保证进入空气的清洁度。
3.根据权利要求1所述的滑油散热座舱加温系统，其特征在于，入口选择活门(3)为摆式活门结构，包括摆式活门（11）和摇臂（12）,通过操纵摇臂使摆式活门转动90°达到所需位置，进而控制气流流动方向。
4.根据权利要求1所述的滑油散热座舱加温系统，其特征在于，配置四片相同规格的滑油散热器(4)，固定在一起，两台发动机滑油冷却系统各配置一片，主减速器配置两片。
5.根据权利要求1所述的滑油散热座舱加温系统，其特征在于，冷却风扇（5）安装在散热器的后部、排放通道内部，固定在主减速器前部传动轴上由主减速器前部传动轴驱动。
6.根据权利要求1所述的滑油散热座舱加温系统，其特征在于，出口选择活门(8)为摆式活门结构，包括摆式活门（11）和摇臂（12）,通过操纵摇臂使摆式活门转动90°达到所需位置，进而控制气流流动方向。
7.根据权利要求1所述的滑油散热座舱加温系统，其特征在于，座舱加温引气道(2) 采用复合材料制造，埋入式进气入口，与滑油散热系统进气道(1)的连接采用曲面壁扩压器形式。
8.根据权利要求1所述的滑油散热座舱加温系统，其特征在于，座舱加温进气道(7) 通过卡箍与座舱内部加温分配管路连接。
9.一种基于权利要求1至8任一所述滑油散热座舱加温系统的加温方法，其特征在于，当入口选择活门(3)堵住座舱加温引气道(2)时，直升机外部的冷空气经由滑油散热系统进气道(1)被吸入；
当入口选择活门(3)堵住整流罩(9)上的进气口时，直升机座舱内的冷空气经由座舱加温引气道(2)被吸入，冷空气经过滑油散热器(4)加热后成为热空气，热空气进入到座舱加温系统中也可散逸到座舱顶部整流罩内；
当出口选择活门(8)堵住散热排放通道(6)时，热空气通过座舱加温进气道(7)进入座舱加温系统中，为座舱加温系统提供热源；
当出口选择活门(8)堵住座舱加温进气道(7)时，热空气通过散热排放通道(6)进入座舱顶部整流罩内部，依靠旋翼下洗流吹散。
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