CN112492846A - 飞机电子设备舱通风系统 - Google Patents

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CN112492846A CN202011356231.8A CN202011356231A CN112492846A CN 112492846 A CN112492846 A CN 112492846A CN 202011356231 A CN202011356231 A CN 202011356231A CN 112492846 A CN112492846 A CN 112492846A
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Abstract

本发明涉及飞机电子设备舱通风系统。该飞机电子设备舱通风系统包括：鼓风风扇，其出口端经由第一开关活门连接至电子设备的通风接口；排气风扇，其入口端连接至电子设备附近，其出口端连接至外部排气活门附近；以及渐缩喷管，其入口端经由第二、第三开关活门连接至电子设备的通风接口、电子设备附近，其出口端连接至机身蒙皮，其中，渐缩喷管是从入口端向出口端直径减缩的喷管；当飞机处于鼓风失效状态时，鼓风风扇关闭，第一开关活门关闭，第二开关活门打开，第三开关活门关闭，电子设备舱中的空气经由第二开关活门和渐缩喷管排出飞机外。本发明能起到以下有益技术效果：能减少风扇工作时间，且在鼓风风扇失效状态下提供强迫通风冷却。

Description

飞机电子设备舱通风系统
技术领域
本发明涉及飞机电子设备舱通风系统。
背景技术
民用飞机电子设备一般集中安装在电子设备舱内。民用飞机电子设备舱通风系统功能是给电子设备提供冷却，满足电子设备热环境要求，以保证电子设备的可靠性。电子设备舱通风系统的设计好坏影响飞机的安全性。民用飞机一般采用驾驶舱和客舱排到地板下的空气对电子设备进行通风冷却，同时将热空气排走，以维持电子设备舱环境温度满足要求。民用飞机电子设备舱通风系统一般由鼓风系统和抽风系统组成，部件一般包括风扇、过滤器、活门以及管路系统。通过过滤器和鼓风风扇将经过过滤的空气来冷却电子设备，通过抽风风扇将冷却后的热空气排出电子设备舱，以保证环境温度要求。
空客A380飞机的电子设备舱通风系统设计如下：主电子设备舱和上部电子设备舱通过左右两条冗余的环路进行通风，每条环路上都有鼓风风扇，通过鼓风风扇将客舱空气供给电子设备舱内的各设备架和驾驶舱操作面板。然后，排气风扇抽吸并通过内部排气活门和舱外排气活门将来自电子设备舱和驾驶舱操作面板的空气排出电子设备舱。在飞行状态，舱外排气活门关闭，由排气风扇抽吸并经过内部排气活门将热气排至货舱地板下方区域，然后通过出流活门排出机外；在飞行状态，当排气系统故障时，飞行员可手动控制部分打开舱外排气活门，通过座舱内外压差进行排气；在地面状态，舱外排气活门全开，热气经排气风扇抽吸至舱外排气活门后直接排出机外。主电子设备舱和上部电子设备舱还有一条备用的通风环路：在需要时，来自空调系统混合腔的空气可通过两个备份活门直接给电子设备舱通风。
波音787飞机的电子设备舱通风系统设计如下：该系统包括供气和排气系统。供气系统通过鼓风风扇将来自三角区经过滤器过滤的冷空气供给驾驶舱、前部电子设备舱和E8设备架。排气系统通过排气风扇、排风罩及笛形管抽吸来自电子设备的热气。在飞行状态，通过排气风扇将热气排至货舱区域进行加热，或通过排气活门排出机外；在地面状态，通过排气风扇抽气从排气活门排出机外；在地面或飞行状态，当鼓风风扇故障时或电子设备舱产生烟雾时，通过超控活门进行排气。
目前现有民用飞机设计中，为满足电子设备舱排气需求，在地面和飞行状态都采用排气风扇抽吸通过排气活门进行排气，这不利于节能和风扇的寿命及可靠性。而且，一旦鼓风风扇失效，电子设备舱通风效果就会大打折扣。
发明内容
本发明的一个目的在于，克服现有飞机电子设备舱通风系统的缺陷，提供一种新的飞机电子设备舱通风系统，其能减少风扇工作时间，且在鼓风风扇失效状态下提供强迫通风冷却。
本发明的以上目的通过一种飞机电子设备舱通风系统来实现，该飞机电子设备舱通风系统包括：
鼓风风扇，所述鼓风风扇的出口端经由通风管路和第一开关活门连接至位于电子设备舱内的至少一个电子设备的通风接口；
排气风扇，所述排气风扇的入口端连接至所述至少一个电子设备附近，所述排气风扇的出口端连接至位于机身蒙皮上的外部排气活门附近；以及
渐缩喷管，所述渐缩喷管的入口端经由第二开关活门连接至所述至少一个电子设备的通风接口，且所述渐缩喷管的入口端经由第三开关活门连接至所述至少一个电子设备附近，所述渐缩喷管的出口端连接至机身蒙皮，其中，所述渐缩喷管是从入口端向出口端直径减缩的喷管；
其中，当飞机处于地面或低空飞行状态时，所述鼓风风扇工作，所述第一开关活门打开，冷却空气通过所述鼓风风扇进入所述至少一个电子设备内部，所述排气风扇工作，所述外部排气活门打开，所述第二开关活门关闭，所述第三开关活门关闭，电子设备舱中的热空气通过所述排气风扇抽吸至所述外部排气活门排出飞机外；
当飞机处于高空飞行状态时，所述鼓风风扇工作，所述第一开关活门打开，冷却空气通过所述鼓风风扇进入所述至少一个电子设备内部，所述排气风扇关闭，所述第二开关活门关闭，所述第三开关活门打开，电子设备舱中的热空气通过所述第三开关活门和所述渐缩喷管排出飞机外；
当飞机处于鼓风失效状态时，所述鼓风风扇关闭，所述第一开关活门关闭，所述第二开关活门打开，所述第三开关活门关闭，电子设备舱中的空气通过所述至少一个电子设备的排气口进入电子设备内部，并经由所述第二开关活门和所述渐缩喷管排出飞机外。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：能减少风扇工作时间，且在鼓风风扇失效状态下提供强迫通风冷却。
较佳的是，当飞机处于鼓风失效状态时，所述排气风扇以低于地面或低空飞行状态的转速工作，所述外部排气活门打开。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：在鼓风风扇失效的情况下，倘若渐缩喷管喉部尺寸不够大，通过渐缩喷管的空气流量不足，则排气风扇以较低功耗工作，补充电子设备舱的排气流量，使舱内温度满足要求。
较佳的是，当飞机处于鼓风失效状态时，所述排气风扇关闭。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：在鼓风风扇失效的情况下，倘若渐缩喷管喉部尺寸足够大，通过渐缩喷管的空气流量足够，则排气风扇不工作，舱内温度已满足要求，进一步减少风扇工作时间。
较佳的是，还包括设置在所述排气风扇上游的风扇单向活门，当所述排气风扇工作时，所述风扇单向活门打开，而当所述排气风扇关闭时，所述风扇单向活门关闭。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：能避免在排气风扇处发生逆流。
较佳的是，鼓风失效状态时的电子设备通风气流与地面或低空飞行状态时的电子设备鼓风气流方向相反。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：能在鼓风风扇失效状态下提供强迫通风冷却，以支持电子设备的正常运行。
较佳的是，所述渐缩喷管的出口气流与航向成一角度，以达到推力回收效果。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：能产生推力回收的效果，进而提高航线运营的经济性。
较佳的是，当所述渐缩喷管工作时，电子设备舱排气流量由所述渐缩喷管的喉道直径来决定。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：通过考虑渐缩喷管的喉道直径，能更好地产生电子设备舱排气流量。
较佳的是，当所述渐缩喷管工作时，电子设备舱排气流量还由喷管入口温度来决定。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：通过考虑喷管入口温度，能更好地产生电子设备舱排气流量。
较佳的是，所述排气风扇是两个互为备份的排气风扇。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：即使一个排气风扇失效，另一排气风扇仍能正常工作，确保了电子设备舱通风冷却效果。
较佳的是，所述第一开关活门、所述第二开关活门、所述第三开关活门是电机驱动控制的活门。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：能更好地实现系统在地面、高空及鼓风失效等不同状态下的工作逻辑。
附图说明
图1是本发明一实施例的飞机电子设备舱通风系统处于地面或低空飞行状态时的示意图。
图2是本发明一实施例的飞机电子设备舱通风系统处于高空飞行状态时的示意图。
图3是本发明一实施例的飞机电子设备舱通风系统处于鼓风失效状态时的示意图。
附图标记列表
1、电子设备；
2、鼓风风扇；
3、排气风扇；
4、渐缩喷管；
5、第一开关活门；
6、第二开关活门；
7、第三开关活门；
8、风扇单向活门；
9、外部排气活门。
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计、制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
图1是本发明一实施例的飞机电子设备舱通风系统处于地面或低空飞行状态时的示意图。图2是本发明一实施例的飞机电子设备舱通风系统处于高空飞行状态时的示意图。图3是本发明一实施例的飞机电子设备舱通风系统处于鼓风失效状态时的示意图。图中实线所示为鼓风管路(或设备架风道)和排风管路，箭头所示为气流方向。图1-图3中三个开关活门(第一开关活门5、第二开关活门6和第三开关活门7)的图示圆圈中短线表征活门的开关状态，短线和管路方向一致表明活门打开，短线和管路方向不一致表明活门关闭。
如图1-图3所示，根据本发明一示例性而非排他性的实施例，飞机电子设备舱通风系统包括：
鼓风风扇2，鼓风风扇2的出口端经由通风管路和第一开关活门5连接至位于电子设备舱内的至少一个电子设备1的通风接口(一般位于电子设备底部)；
排气风扇3，排气风扇3的入口端连接至至少一个电子设备1附近(一般位于电子设备顶部)，排气风扇3的出口端连接至位于机身蒙皮上的外部排气活门9附近；以及
渐缩喷管4，渐缩喷管4的入口端经由第二开关活门6连接至至少一个电子设备1的通风接口(一般位于电子设备底部)，且渐缩喷管4的入口端经由第三开关活门7连接至至少一个电子设备1附近(一般位于电子设备顶部)，渐缩喷管4的出口端连接至机身蒙皮，其中，渐缩喷管4是从入口端向出口端直径减缩的喷管；
其中，当飞机处于地面或低空飞行状态时，鼓风风扇2工作，第一开关活门5打开，冷却空气通过鼓风风扇2进入至少一个电子设备1内部以冷却元器件，排气风扇3工作，外部排气活门9打开，第二开关活门6关闭，第三开关活门7关闭，电子设备舱中的热空气通过排气风扇3抽吸至外部排气活门9排出飞机外；
当飞机处于高空飞行状态(例如巡航状态)时，鼓风风扇2工作，第一开关活门5打开，冷却空气通过鼓风风扇2进入至少一个电子设备1内部以冷却元器件，排气风扇3关闭，第二开关活门6关闭，第三开关活门7打开，电子设备舱中的热空气通过第三开关活门7和渐缩喷管4排出飞机外；
当飞机处于鼓风失效状态时，鼓风风扇2关闭，第一开关活门5关闭，第二开关活门6打开，第三开关活门7关闭，电子设备舱中的空气通过至少一个电子设备1的排气口进入电子设备内部，并经由第二开关活门6和渐缩喷管4排出飞机外。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：能减少风扇工作时间，且在鼓风风扇失效状态下提供强迫通风冷却。
具体地说，本发明的飞机电子设备舱通风系统，在处于地面或低空飞行状态时，可实现向飞机电子设备舱内的电子设备提供强迫通风冷却空气，并将电子设备舱的热气排出机外，以维持电子设备所处的环境温度在合适范围内；在处于高空飞行状态时，利用舱内外压差通过渐缩喷管排气，使排风风扇无需工作，从而有效减少风扇工作时间、降低飞机能耗、减少噪音，提升飞机经济性和舒适性；在处于鼓风失效状态时，可利用舱内外压差通过渐缩喷管向电子设备提供强迫通风冷却，同时保证电子设备舱的正常排气，以保障关键电子设备正常工作，因此本发明可增加系统的冗余度、提升飞机安全性。
本申请中所谓的“低空”和“高空”可根据不同飞机对应的电子设备舱排气流量需求和舱内外压差确定。例如，“低空”和“高空”之间的分界高度可以是3000米、4000米、5000米、6000米、7000米或8000米等。
需要注意的是，电子设备1的“通风接口”和“顶部”应从宽泛意义上理解。电子设备1的“通风接口”是指电子设备和鼓风系统连接用的装置，一般位于电子设备下方。电子设备1的“顶部”是指电子设备上方，通常是电子设备发热表面或电子设备热空气排气口附近。
较佳的是，本发明的飞机电子设备舱通风系统适用于安装在飞机地板以下的增压舱内。
较佳的是，鼓风风扇2的入口端位于飞机增压舱内的温度适宜区域(例如货舱三角区等)。
较佳的是，如图1-图3所示，渐缩喷管4的入口端经由第二开关活门6连接至鼓风管路，进而连接至电子设备1的通风接口，且渐缩喷管4的入口端经由第三开关活门7连接至排风管路，进而连接至电子设备1的顶部。
较佳的是，如图3所示，当飞机处于鼓风失效状态时，排气风扇3以低于地面或低空飞行状态的转速工作，外部排气活门9打开。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：在鼓风风扇失效的情况下，倘若渐缩喷管喉部尺寸不够大，通过渐缩喷管的空气流量不足，则排气风扇以较低功耗工作，补充电子设备舱的排气流量，使舱内温度满足要求。
较佳的是，当飞机处于鼓风失效状态时，排气风扇3关闭，外部排气活门9关闭。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：在鼓风风扇失效的情况下，倘若渐缩喷管喉部尺寸足够大，通过渐缩喷管的空气流量足够，则排气风扇不工作，舱内温度已满足要求，进一步减少风扇工作时间。
较佳的是，如图1-图3所示，飞机电子设备舱通风系统还包括设置在排气风扇3上游的风扇单向活门8，当排气风扇3工作时，风扇单向活门8打开，而当排气风扇3关闭时，风扇单向活门8关闭。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：能避免在排气风扇处发生逆流。
较佳的是，如图1-图3所示，鼓风失效状态时的电子设备通风气流与地面或低空飞行状态时(和/或高空飞行状态时)的电子设备鼓风气流方向相反。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：能在鼓风风扇失效状态下提供强迫通风冷却，以支持电子设备的正常运行。
较佳的是，渐缩喷管4的出口气流与航向成一角度，以达到推力回收效果。较佳的是，该角度可以是15—60度。更佳的是，该角度可以是30—45度。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：能产生推力回收的效果，进而提高航线运营的经济性。
当然，上述角度范围仅仅是本申请飞机电子设备舱通风系统中的渐缩喷管出口气流与航向的较佳或更佳角度范围，本领域技术人员在本申请公开内容的基础上可以理解，也可采用其他合适的角度范围(只要达到推力回收效果即可)，而不脱离本申请权利要求的保护范围。
较佳的是，渐缩喷管4为弯曲型或直管型。
较佳的是，当渐缩喷管4工作时，电子设备舱排气流量由渐缩喷管4的喉道直径来决定。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：通过考虑渐缩喷管的喉道直径，能更好地产生电子设备舱排气流量。
较佳的是，当渐缩喷管4工作时，电子设备舱排气流量还由喷管入口温度来决定。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：通过考虑喷管入口温度，能更好地产生电子设备舱排气流量。
根据渐缩喷管的原理，在飞行状态，当座舱内部压力和外界大气环境压力比值达到临界压比时，喷管的喉道处达到临界状态，速度达到音速，根据喷管计算公式，此时排气流量与渐缩喷管喉道直径的平方以及喷管入口温度成正比，即(D0为喷管喉道直径，ρcr为临界状态密度，v0为喉道气流速度，σ为流量系数，T0为滞止温度，γ为空气绝热指数，R为理想气体常数)：
Figure BDA0002802689110000101
一般而言，排气风扇3是单个排气风扇。
较佳的是，排气风扇3是两个互为备份的排气风扇。
根据上述技术方案，本发明的飞机电子设备舱通风系统能起到以下有益技术效果：即使一个排气风扇失效，另一排气风扇仍能正常工作，确保了电子设备舱通风冷却效果。
较佳的是，排气风扇3可通过控制转速大小来调节排气流量。
较佳的是，如图1-图3所示，第一开关活门5、第二开关活门6、第三开关活门7是电机驱动控制的活门，其按照上文中根据飞机飞行状态和系统状态定义的系统原理，由控制软件控制驱动相应的开关动作，以实现系统在地面、高空及鼓风失效等不同状态下的工作逻辑。
较佳的是，如图1-图3所示，风扇单向活门8为机械式活门，活门阀瓣在上下游压差作用下打开，用于防止逆流。
较佳的是，如图1-图3所示，外部排气活门9安装在机身蒙皮上，可通过调节活门开启角度来控制排气流量。
上面已经描述了一些示例性实施例。然而，应该理解的是，可以做出各种修改。例如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和/或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的组件以不同方式被组合和/或被另外的组件或其等同物替代或补充，则可以实现合适的结果。相应地，其他实施方式也落入权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种飞机电子设备舱通风系统，包括：
鼓风风扇，所述鼓风风扇的出口端经由通风管路和第一开关活门连接至位于电子设备舱内的至少一个电子设备的通风接口；
排气风扇，所述排气风扇的入口端连接至所述至少一个电子设备附近，所述排气风扇的出口端连接至位于机身蒙皮上的外部排气活门附近；以及
渐缩喷管，所述渐缩喷管的入口端经由第二开关活门连接至所述至少一个电子设备的通风接口，且所述渐缩喷管的入口端经由第三开关活门连接至所述至少一个电子设备附近，所述渐缩喷管的出口端连接至机身蒙皮，其中，所述渐缩喷管是从入口端向出口端直径减缩的喷管；
其中，当飞机处于地面或低空飞行状态时，所述鼓风风扇工作，所述第一开关活门打开，冷却空气通过所述鼓风风扇进入所述至少一个电子设备内部，所述排气风扇工作，所述外部排气活门打开，所述第二开关活门关闭，所述第三开关活门关闭，电子设备舱中的热空气通过所述排气风扇抽吸至所述外部排气活门排出飞机外；
当飞机处于高空飞行状态时，所述鼓风风扇工作，所述第一开关活门打开，冷却空气通过所述鼓风风扇进入所述至少一个电子设备内部，所述排气风扇关闭，所述第二开关活门关闭，所述第三开关活门打开，电子设备舱中的热空气通过所述第三开关活门和所述渐缩喷管排出飞机外；
当飞机处于鼓风失效状态时，所述鼓风风扇关闭，所述第一开关活门关闭，所述第二开关活门打开，所述第三开关活门关闭，电子设备舱中的空气通过所述至少一个电子设备的排气口进入电子设备内部，并经由所述第二开关活门和所述渐缩喷管排出飞机外。
2.如权利要求1所述的飞机电子设备舱通风系统，其特征在于，当飞机处于鼓风失效状态时，所述排气风扇以低于地面或低空飞行状态的转速工作，所述外部排气活门打开。
3.如权利要求1所述的飞机电子设备舱通风系统，其特征在于，当飞机处于鼓风失效状态时，所述排气风扇关闭。
4.如权利要求1所述的飞机电子设备舱通风系统，其特征在于，还包括设置在所述排气风扇上游的风扇单向活门，当所述排气风扇工作时，所述风扇单向活门打开，而当所述排气风扇关闭时，所述风扇单向活门关闭。
5.如权利要求1所述的飞机电子设备舱通风系统，其特征在于，鼓风失效状态时的电子设备通风气流与地面或低空飞行状态时的电子设备鼓风气流方向相反。
6.如权利要求1所述的飞机电子设备舱通风系统，其特征在于，所述渐缩喷管的出口气流与航向成一角度，以达到推力回收效果。
7.如权利要求1所述的飞机电子设备舱通风系统，其特征在于，当所述渐缩喷管工作时，电子设备舱排气流量由所述渐缩喷管的喉道直径来决定。
8.如权利要求7所述的飞机电子设备舱通风系统，其特征在于，当所述渐缩喷管工作时，电子设备舱排气流量还由喷管入口温度来决定。
9.如权利要求1所述的飞机电子设备舱通风系统，其特征在于，所述排气风扇是两个互为备份的排气风扇。
10.如权利要求1所述的飞机电子设备舱通风系统，其特征在于，所述第一开关活门、所述第二开关活门、所述第三开关活门是电机驱动控制的活门。
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