CN112960124B - 一种环控与机载制氮耦合系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环控与机载制氮耦合系统，属于飞行器机载机电系统领域，本发明充分利用飞机座舱与设备舱的不同压力，将环控系统制冷包分为两组，采用传统的三轮升压式空气循环制冷包来满足座舱冷负荷需求、三轮逆升压式空气循环制冷包来满足设备舱冷负荷需求；利用逆升压式系统中压气机提升机载制氮系统中排放的富氧气体压力，增加进入座舱调制气体的氧分压。本发明采用耦合设计方法充分回收利用了机载制氮燃油箱惰化系统中排放废气，有效提高了座舱氧分压，提高了乘员舒适性，降低了高空缺氧给乘客带来的不良反应，并且系统结构简单，能量利用率高，具有易于调节和控制、具有高的可靠性和可实现性。

Description

一种环控与机载制氮耦合系统及工作方法

技术领域

本发明属于飞行器机载机电系统领域，尤其涉及一种环控与机载制氮耦合系统及工作方法。

背景技术

高空飞行中，飞机舱室环境控制十分关键，它不仅保障了乘员的生理安全需要和设备舱冷却负荷要求，而且其引气量大小也直接影响着飞机燃油代偿损失和运行的经济性，因此，在满足乘员生理安全需要的基础上，降低飞机发动机压气机引气量、提高引气流的能量利用率是环控设计工作重点，然而，当前飞机舱室环境控制系统普遍采用了三轮升压式制冷包来同时满足座舱和设备舱冷却负荷需要，它并未充分利用座舱和设备舱的压力差，因此也为充分利用引气流的可用能。

为了保障乘员的生命安全，处于高空环境的飞机座舱需要增压，以提高座舱环境中气体的氧分压，保障乘员正常呼吸需要，但座舱增压的同时也带来了座舱内外压差的增加，它不仅可能导致爆破减压时对乘员产生的更大伤害，而且使得座舱结构强度要求更高，飞机重量增加；因此，当前在飞机座舱环境控制系统设计中，均是以乘员生理安全极限作为控制指标，在不导致乘员生理损伤的前提下，尽可能降低座舱内外压差，它直接带来了座舱氧分压不足、乘员舒适感差、甚至导致疾病产生等一系列问题。当代民机市场的竞争，座舱舒适性竞争是关键，因此，提高座舱氧分压、给乘客带来更好的乘机感受十分重要。

综上所述，如何充分利用座舱和设备舱的压力差，提高引气流的能量利用率；如何提升座舱环境氧分压，满足乘员生理与舒适性要求；是当前环控系统设计急需解决的瓶颈问题。

与此同时，飞机燃油箱燃烧爆炸会对飞行安全构成极大威胁，同时伴随着巨大的经济损失及恶劣的社会影响。自有动力飞行以来，油箱燃爆就成为一个与飞机燃油系统设计和使用相关、反复出现的问题。

要抑制飞机燃油系统的燃烧与爆炸，提高飞机的安全性，无疑，可以从控制点火源、氧气浓度、可燃蒸汽浓度和减轻燃油蒸汽点燃影响等方面着手。为此，美国军方及民用航空业均开展了大量相关研究，美国民航总局（FAA）已颁布了一系列的修正案、咨询通告和适航规章，强制要求在民用飞机燃油箱内采用有效技术措施以减少点火源（SFAR 88）、降低可燃蒸气浓度（AC 25.981-2A）、降低运输类飞机燃油箱可燃性暴露时间（FAR 25.981）。基于上述适航规章的要求，燃油箱防火抑爆系统设计逐渐步入实用阶段，以为飞机及飞机燃油系统提供安全保障。

大量地面与飞行试验研究和各种防火抑爆技术措施的实际应用结果已表明：机载燃油箱惰化，是保障油箱安全性的一项可行、高效、经济的技术方法。机载燃油箱惰化是指惰性气体由机载设备产生，并用之充填燃油箱上部气相空间，以保障油箱的安全。随着膜分离技术的突破，中空纤维膜燃油箱惰化技术已成为当前军机、民机燃油箱惰化的主流技术，它将引气进行限流、降温、除杂等预处理，再经过中空纤维膜空气分离器进行氧氮分离，形成高浓度的富氮气体，富氮气体经过分配系统输送至油箱，而分离出来的富氧气体则作为废气排出机外，它不仅造成了浪费，而且带来了安全隐患。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种环控与机载制氮耦合系统，本发明利用逆升压式系统中压气机提升机载制氮系统中排放的富氧气体压力，增加进入座舱调制气体的氧分压，解决了现有技术中存在的资源浪费以及安全隐患的缺陷。

本发明是这样实现的：

一种环控与机载制氮耦合系统，所述的系统包括发动机、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器，所述的第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器均含有热侧通道和冷侧通道；所述的发动机后分别设置第一单向活门、以及高压引气关断活门、风扇空气调节活门来分别控制中压引气、高压引气、发动机风扇引来的空气；

所述的第一单向活门后连接预冷器，所述的预冷器包含热侧通道和冷侧通道，所述的第一单向活门与预冷器热侧通道入口管道连接；所述预冷器热测通道出口后依次连接于关断活门、压力调节器、流量控制活门；所述的预冷器冷侧通道连接于风扇空气调节活门，发动机风扇提供的引气通过风扇空气调节活门和预冷器冷侧通道入口管道连接；

所述的流量控制活门出口经第一三通阀分为两路，一路与第一换热器热侧通道入口管道连接，另一路与第三换热器热侧通道入口管道连接； 所述第一换热器、第三换热器冷侧通道入口和出口均接外界空气；

所述的第一换热器热侧通道出口连接于第一水分离器入口，第一水分离器液态水出口通过管道喷淋至第二换热器冷侧通道入口；所述第一水分离器的出口经第二三通阀分为两路，第二三通阀其中一路后依次连接于第一冷却涡轮、第一温度控制活门、电子设备舱；第二三通阀另一路后依次连接于过滤器、油雾分离器、中空纤维膜分离器；

所述的第三换热器热侧通道出口连接于第二压气机入口，所述的第三换热器冷侧通道入口和出口均与外界空气连接；所述的第二压气机出口后依次连接第四换热器热侧通道、第二温度控制活门、回热器热侧通道、冷凝器热侧通道、第二水分离器；所述第三换热器冷侧通道入口和出口均与外界空气连接；所述的第二水分离器的出口经回热器的冷侧通道、第二冷却涡轮、冷凝器的冷侧通道、第三单向活门和混合室依次连接，第二水分离器液态水出口通过管道喷淋至第四换热器冷侧通道入口；

所述的混合室后依次连接于最低温度限制器，第二温度传感器，最高温度限制器，第二压力传感器、座舱；所述的座舱的回风通道出口通过再循环空气过滤器、第四单向活门、座舱空气再循环风扇、混合室的回风通道入口。

进一步，所述的压力调节器、流量控制活门之间还设置有辅助动力装置，所述的辅助动力装置经APU供气关断活门，第二单向活门，隔离活门，和流量控制活门管道连接。

进一步，所述的中空纤维膜分离器包含富氧气体出口、以及富氮气体出口；所述的富氧气体出口后依次连接于第一压气机、第二换热器和混合室管道连接；所述的富氮气体出口经第一压力传感器、第一温度传感器、电动调节阀、第一火焰抑制器、燃油箱；所述燃油箱废气出口与第二火焰抑制器管道相连，将废气排出机外。

进一步，所述的第一冷却涡轮、第一压气机通过轴依次连接，所述的第一冷却涡轮前端通过轴还连接于第一风扇；所述的第一冷却涡轮膨胀作功，驱动同轴的第一风扇、第一压气机工作；所述第一风扇设置在第一换热器和第二换热器冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于驱动冲压空气冷气流。

进一步，所述的第二压气机、第二冷却涡轮通过轴依次连接，所述的第二压气机前端通过轴还连接于第二风扇；所述的第二冷却涡轮膨胀做功，驱动同轴的第二风扇、第二压气机工作；所述第二风扇设置在第三换热器和第四换热器冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于驱动冲压空气冷气流。

进一步，所述的耦合系统通过自动控制器控制，具体的，所述自动控制器的电流输入端分别和第一压力传感器，第一温度传感器，氧浓度传感器，最低温度限制器，第二温度传感器，最高温度限制器，第二压力传感器电气相连；所述氧浓度传感器的探头伸入所述燃油箱内，用于检测燃油箱内气体的氧浓度，并将其传递给所述自动控制器；所述自动控制器的电流输出端分别和压力调节器，第一三通阀，第一温度控制活门，电动调节阀，第二三通阀，第二温度控制活门电气相连。

本发明还公开了一种环控与机载制氮耦合系统的工作方法，该工作方法包括引气输送和制冷过程、机载制氮与惰化过程、数据采集与控制过程。

所述的引气输送和制冷过程具体为：

发动机的中压引气经第一单向活门进入预冷器热侧通道入口，发动机的高压引气经高压引气关断活门控制；

当中压压气机压力不能满足系统要求时，高压引气关断活门自动打开，高压引气也进入到预冷器；从发动机压气机引出的高温高压空气经预冷器冷却，冷却空气是从发动机风扇引来的空气；预冷器冷却空气进口管道上装有风扇空气调节活门，用来控制预冷器引气出口温度；经过预冷器冷却的引气依次经过关断活门，压力调节器，流量控制活门；

当地面发动机不工作时，可以使用辅助动力装置供气，依次经过APU供气关断活门，第二单向活门，隔离活门，流量控制活门；经过流量控制活门的引气通过第一三通阀分为两路，一路通入第一换热器，另一路通入第三换热器进行制冷过程；经过第一换热器降温后的混合气体经第二三通阀分为两路，一路进入机载制氮系统，一路进入第一冷却涡轮膨胀降温后通入电子设备舱；

经过预调压力和温度的发动机引气进入制冷组件；引气首先进入第三换热器，由冲压空气预冷后进入第二压气机增压升温；由压气机供给的高温高压气体经过第四换热器进一步冷却；第三换热器和第四换热器冷源由第二风扇抽吸冲压空气提供；经第四换热器再次冷却后的气体通过第二温度控制活门、回热器热侧通道进入冷凝器热侧通道入口，在冷凝器中利用第二冷却涡轮出口的冷空气冷却后，通过第二水分离器排除凝结水；利用回热器和冷凝器的作用进一步降低第二冷却涡轮入口气体温度；

从第二水分离器中除去的水，由喷嘴喷淋至第四换热器冷侧通道冲压空气进口，通过蒸发冷却冲压空气，用以提高热交换器的效率；第二水分离器除水后的混合气体进入冷凝器冷侧通道入口，经第三单向活门通入混合室；座舱的部分回风经过再循环空气过滤器，第四单向活门，座舱空气再循环风扇也进入混合室；由混合室排出的调制气体经过最低温度限制器，第二温度传感器，最高温度限制器，第二压力传感器供入座舱。

所述的机载制氮与惰化过程具体为：

第二三通阀的气体经过过滤器、油雾分离器进入中空纤维膜分离器；所述中空纤维膜分离器的富氧气体出口通过第一压气机、第二换热器通入混合室；所述中空纤维膜分离器的富氮气体出口与第一压力传感器，第一温度传感器，电动调节阀，第一火焰抑制器，燃油箱管道连接，在惰化油箱后其废气通过第二火焰抑制器排出机外。

所述的数据采集与控制过程具体为：

根据氧浓度传感器检测燃油箱内气体的氧浓度，并将信号传递给所述自动控制器，当氧浓度高于预设氧浓度时，所述自动控制器增大电动调节阀开度，机载制氮燃油箱惰化流量增加，中空纤维膜分离器产生的富氮气体通入燃油箱对上部气相空间进行惰化；当氧浓度低于预设氧浓度时，所述自动控制器降低电动调节阀开度，惰化流量降低，系统进入低流量模式工作状态；

最低温度限制器，第二温度传感器，最高温度限制器测得进入座舱气体的温度，并将信号传输到所述自动控制器；当温度高于/低于预设温度时，所述自动控制器输出控制信号调节第二温度控制活门的开度；

第一温度传感器测得进入燃油箱富氮气体的温度，并将信号传输给所述自动控制器；当温度高于/低于预设温度，所述自动控制器输出控制信号调节第一温度控制活门开度；

第一压力传感器测得进入燃油箱前的气体压力，第二压力传感器测得进入座舱前的气体压力，并将信号传输到所述自动控制器；当压力高于/低于预设压力，所述自动控制器输出控制信号调节压力调节器开度。

本发明与现有技术的有益效果在于：

本发明充分利用飞机座舱与设备舱的不同压力，将环控系统制冷包分为两组，采用传统的三轮升压式空气循环制冷包来满足座舱冷负荷需求、三轮逆升压式空气循环制冷包来满足设备舱冷负荷需求；利用逆升压式系统中压气机提升机载制氮系统中排放的富氧气体压力，增加进入座舱调制气体的氧分压。与现有技术相比，本发明采用耦合设计方法充分回收利用了机载制氮燃油箱惰化系统中排放废气，有效提高了座舱氧分压，不仅提高了乘员舒适性，降低了高空缺氧给乘客带来的不良反应；而且充分利用了座舱和设备舱的压力差，系统结构简单，能量利用率高，易于调节和控制、具有高的可靠性和可实现性。

附图说明

图1为一种环控与机载制氮耦合系统示意图；

其中，1-发动机，2-风扇空气调节活门，3-第一单向活门，4-高压引气关断活门，5-预冷器，6-关断活门，7-压力调节器，8-辅助动力装置，9-APU供气关断活门，10-第二单向活门，11-隔离活门，12-流量控制活门，13-第一换热器，14-第一水分离器，15-第二三通阀，16-第一冷却涡轮，17-第一风扇，18-第一温度控制活门，19-电子设备舱，20-过滤器，21-油雾分离器，22-中空纤维膜分离器，23-第一压力传感器，24-第一温度传感器，25-电动调节阀，26-第一火焰抑制器，27-燃油箱，28-氧浓度传感器，29-第二火焰抑制器，30-第一压气机，31-第二换热器，32-第三换热器，33-第二压气机，34-第四换热器，35-第二风扇，36-第二温度控制活门，37-回热器，38-冷凝器，39-第二水分离器，40-第二冷却涡轮，41-第三单向活门，42-混合室，43-最低温度限制器，44-第二温度传感器，45-最高温度限制器，46-第二压力传感器，47-座舱，48-再循环空气过滤器，49-第四单向活门，50-座舱空气再循环风扇，51-自动控制器，52-第一三通阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明一种环控与机载制氮耦合系统的示意图，所述的系统包括发动机1，风扇空气调节活门2，第一单向活门3，高压引气关断活门4，预冷器5，关断活门6，压力调节器7，辅助动力装置8，APU供气关断活门9，第二单向活门10，隔离活门11，流量控制活门12，第一换热器13，第一水分离器14，第二三通阀15，第一冷却涡轮16，第一风扇17，第一温度控制活门18，电子设备舱19，过滤器20，油雾分离器21，中空纤维膜分离器22，第一压力传感器23，第一温度传感器24，电动调节阀25，第一火焰抑制器26，燃油箱27，氧浓度传感器28，第二火焰抑制器29，第一压气机30，第二换热器31，第三换热器32，第二压气机33，第四换热器34，第二风扇35，第二温度控制活门36，回热器37，冷凝器38，第二水分离器39，第二冷却涡轮40，第三单向活门41，混合室42，最低温度限制器43，第二温度传感器44，最高温度限制器45，第二压力传感器46，座舱47，再循环空气过滤器48，第四单向活门49，座舱空气再循环风扇50，自动控制器51，第一三通阀52。

所述的预冷器5、第一换热器13、第二换热器31、第三换热器32、第四换热器34、回热器37、冷凝器38均包含热侧通道和冷侧通道。所述第一风扇17、第一冷却涡轮16、第一压气机30通过轴依次连接；第一冷却涡轮16膨胀作功，驱动同轴的第一风扇17、第一压气机30工作；所述第一风扇17设置在第一换热器13和第二换热器31冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于驱动冲压空气冷气流；所述第二风扇35、第二压气机33、第二冷却涡轮40通过轴依次连接；第二冷却涡轮40膨胀做功，驱动同轴的第二风扇35、第二压气机33工作；所述第二风扇35设置在第三换热器32和第四换热器34冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于驱动冲压空气冷气流；

所述发动机1中压引气经第一单向活门3与预冷器5热侧通道入口管道连接，高压引气经高压引气关断活门4与预冷器5热侧通道入口管道连接，发动机风扇提供的引气通过风扇空气调节活门2和预冷器5冷侧通道入口管道连接，为预冷器5提供冷却空气；所述预冷器5热测通道出口通过关断活门6，压力调节器7和流量控制活门12管道连接。

所述的辅助动力装置8经APU供气关断活门9，第二单向活门10，隔离活门11，和流量控制活门12管道连接；

所述流量控制活门12出口经第一三通阀52分为两路，一路与第一换热器13热侧通道入口管道连接，另一路与第三换热器32热侧通道入口管道连接； 所述第一换热器13、第三换热器32冷侧通道入口和出口均接外界空气；

所述第一换热器13热侧通道出口和第一水分离器14入口通过管道连接，第一水分离器14液态水出口通过管道喷淋至第二换热器31冷侧通道入口，以提高换热器效率；所述第一水分离器14的出口经第二三通阀15分为两路，一路经第一冷却涡轮16、第一温度控制活门18和电子设备舱19通过管道连接，另一路经过过滤器20、油雾分离器21和中空纤维膜分离器22入口管道连接；所述中空纤维膜分离器22富氧气体出口经第一压气机30、第二换热器31和混合室42管道连接，富氮气体出口经第一压力传感器23、第一温度传感器24、电动调节阀25、第一火焰抑制器26和燃油箱27管道连接；所述燃油箱27废气出口与第二火焰抑制器29管道相连，排出机外；

所述第三换热器32热侧通道出口与第二压气机33入口通过管道相连，第三换热器32冷侧通道入口和出口均与外界空气连接；所述第二压气机33出口、第四换热器34的热侧通道、第二温度控制活门36、回热器37的热侧通道、冷凝器38的热侧通道、第二水分离器39的入口通过管道依次相连；所述第三换热器32冷侧通道入口和出口均与外界空气连接；所述第二水分离器39的出口经回热器37的冷侧通道、第二冷却涡轮40、冷凝器38的冷侧通道、第三单向活门41和混合室42管道连接，第二水分离器39液态水出口通过管道喷淋至第四换热器34冷侧通道入口；所述混合室42经最低温度限制器43，第二温度传感器44，最高温度限制器45，第二压力传感器46通入座舱47；所述座舱47的回风通道出口通过再循环空气过滤器48、第四单向活门49、座舱空气再循环风扇50与混合室42的回风通道入口管道连接；

所述自动控制器51的电流输入端分别和第一压力传感器23，第一温度传感器24，氧浓度传感器28，最低温度限制器43，第二温度传感器44，最高温度限制器45，第二压力传感器46电气相连；所述氧浓度传感器28的探头伸入所述燃油箱27内，用于检测燃油箱27内气体的氧浓度，并将其传递给所述自动控制器51；所述自动控制器51的电流输出端分别和压力调节器7，第一三通阀52，第一温度控制活门18，电动调节阀25，第二三通阀15，第二温度控制活门36电气相连。

本发明还公开了一种环控与机载制氮耦合系统的工作方法，具体步骤如下：

1）引气输送和制冷过程

发动机1中压引气经第一单向活门3进入预冷器5热侧通道入口，高压引气经高压引气关断活门4控制。当中压压气机压力不能满足系统要求时，高压引气关断活门4自动打开，高压引气也进入到预冷器5。从发动机压气机引出的高温高压空气经预冷器5冷却，冷却空气是从发动机风扇引来的空气。预冷器5冷却空气进口管道上装有风扇空气调节活门2，用来控制预冷器5引气出口温度。经过预冷器5冷却的引气依次经过关断活门6，压力调节器7，流量控制活门12。当地面发动机1不工作时，可以使用辅助动力装置8供气，依次经过APU供气关断活门9，第二单向活门10，隔离活门11，流量控制活门12。

经过流量控制活门12的引气通过第一三通阀52分为两路，一路通入第一换热器13，另一路通入第三换热器32进行制冷过程。经过第一换热器13降温后的混合气体经第二三通阀15分为两路，一路进入机载制氮系统，一路进入第一冷却涡轮16膨胀降温后通入电子设备舱19。

经过预调压力和温度的发动机引气进入制冷组件。引气首先进入第三换热器32，由冲压空气预冷后进入第二压气机33增压升温；由压气机供给的高温高压气体经过第四换热器34进一步冷却；第三换热器32和第四换热器34冷源由第二风扇35抽吸冲压空气提供；经第四换热器34再次冷却后的气体通过第二温度控制活门36、回热器37热侧通道进入冷凝器38热侧通道入口，在冷凝器38中利用第二冷却涡轮40出口的冷空气冷却后，通过第二水分离器39排除凝结水。回热器37和冷凝器38的作用是进一步降低第二冷却涡轮40入口气体温度，使得尽可能多的水蒸气凝结为水滴并被分离，提供制冷系统的工作效率。

从第二水分离器39中除去的水，由喷嘴喷淋至第四换热器34冷侧通道冲压空气进口，通过蒸发冷却冲压空气，用以提高热交换器的效率。

第二水分离器39除水后的混合气体进入冷凝器38冷侧通道入口，经第三单向活门41通入混合室42；

座舱47的部分回风经过再循环空气过滤器48，第四单向活门49，座舱空气再循环风扇50也进入混合室42。由混合室42排出的调制气体经过最低温度限制器43，第二温度传感器44，最高温度限制器45，第二压力传感器46供入座舱47。

2）机载制氮与惰化过程

第二三通阀15的另一路气体经过过滤器20、油雾分离器21进入中空纤维膜分离器22，所述中空纤维膜分离器22的富氧气体出口通过第一压气机30、第二换热器31通入混合室42，所述中空纤维膜分离器22的富氮气体出口与第一压力传感器23，第一温度传感器24，电动调节阀25，第一火焰抑制器26，燃油箱27，第二火焰抑制器29管道连接，排出机外；

3）数据采集与控制过程

氧浓度传感器28检测燃油箱27内气体的氧浓度，并将信号传递给所述自动控制器51，当氧浓度高于预设氧浓度时，所述自动控制器51增大电动调节阀25开度，机载制氮燃油箱惰化流量增加，中空纤维膜分离器22产生的富氮气体通入燃油箱27对上部气相空间进行惰化；当氧浓度低于预设氧浓度时，所述自动控制器51降低电动调节阀25开度，惰化流量降低，系统进入低流量模式工作状态。

最低温度限制器43，第二温度传感器44，最高温度限制器45测得进入座舱47气体的温度，并将信号传输到所述自动控制器51；当温度高于/低于预设温度时，所述自动控制器51输出控制信号调节第二温度控制活门36的开度。

第一温度传感器24测得进入燃油箱27富氮气体的温度，并将信号传输给所述自动控制器51；当温度高于/低于预设温度，所述自动控制器51输出控制信号调节第一温度控制活门18开度。

第一压力传感器23测得进入燃油箱27前的气体压力，第二压力传感器46测得进入座舱47前的气体压力，并将信号传输到所述自动控制器51；当压力高于/低于预设压力，所述自动控制器51输出控制信号调节压力调节器7开度。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种环控与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的系统包括发动机（1）、第一换热器（13）、第二换热器（31）、第三换热器（32）、第四换热器（34），所述的第一换热器（13）、第二换热器（31）、第三换热器（32）、第四换热器（34）均含有热侧通道和冷侧通道；所述的发动机（1）后分别设置第一单向活门（3）、以及高压引气关断活门（4）、风扇空气调节活门（2）来分别控制中压引气、高压引气、发动机风扇引来的空气；

所述的第一单向活门（3）后连接预冷器（5），所述的预冷器（5）包含热侧通道和冷侧通道，所述的第一单向活门（3）与预冷器（5）热侧通道入口管道连接；所述预冷器（5）热测通道出口后依次连接于关断活门（6）、压力调节器（7）、流量控制活门（12）；所述的预冷器（5）冷侧通道连接于风扇空气调节活门（2），发动机风扇提供的引气通过风扇空气调节活门（2）和预冷器（5）冷侧通道入口管道连接；

所述的流量控制活门（12）出口经第一三通阀（52）分为两路，一路与第一换热器（13）热侧通道入口管道连接，另一路与第三换热器（32）热侧通道入口管道连接；所述第一换热器（13）、第三换热器（32）冷侧通道入口和出口均接外界空气；

所述的第一换热器（13）热侧通道出口连接于第一水分离器（14）入口，第一水分离器（14）液态水出口通过管道喷淋至第二换热器（31）冷侧通道入口；所述第一水分离器（14）的出口经第二三通阀（15）分为两路，第二三通阀（15）其中一路后依次连接于第一冷却涡轮（16）、第一温度控制活门（18）、电子设备舱（19）；第二三通阀（15）另一路后依次连接于过滤器（20）、油雾分离器（21）、中空纤维膜分离器（22）；

所述的第三换热器（32）热侧通道出口连接于第二压气机（33）入口，所述的第三换热器（32）冷侧通道入口和出口均与外界空气连接；所述的第二压气机（33）出口后依次连接第四换热器（34）热侧通道、第二温度控制活门（36）、回热器（37）热侧通道、冷凝器（38）热侧通道、第二水分离器（39）；所述第三换热器（32）冷侧通道入口和出口均与外界空气连接；所述的第二水分离器（39）的出口经回热器（37）的冷侧通道、第二冷却涡轮（40）、冷凝器（38）的冷侧通道、第三单向活门（41）和混合室（42）依次连接，第二水分离器（39）液态水出口通过管道喷淋至第四换热器（34）冷侧通道入口；

所述的混合室（42）后依次连接于最低温度限制器（43），第二温度传感器（44），最高温度限制器（45），第二压力传感器（46）、座舱（47）；所述的座舱（47）的回风通道出口通过再循环空气过滤器（48）、第四单向活门（49）、座舱空气再循环风扇（50）、混合室（42）的回风通道入口。

2.根据权利要求1所述的一种环控与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的压力调节器（7）、流量控制活门（12）之间还设置有辅助动力装置（8），所述的辅助动力装置（8）经APU供气关断活门（9），第二单向活门（10），隔离活门（11），和流量控制活门（12）管道连接。

3.根据权利要求1所述的一种环控与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的中空纤维膜分离器（22）包含富氧气体出口、以及富氮气体出口；所述的富氧气体出口后依次连接于第一压气机（30）、第二换热器（31）和混合室（42）管道连接；所述的富氮气体出口经第一压力传感器（23）、第一温度传感器（24）、电动调节阀（25）、第一火焰抑制器（26）、燃油箱（27）；所述燃油箱（27）废气出口与第二火焰抑制器（29）管道相连，将废气排出机外。

4.根据权利要求1所述的一种环控与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的第一冷却涡轮（16）、第一压气机（30）通过轴依次连接，所述的第一冷却涡轮（16）前端通过轴还连接于第一风扇（17）；所述的第一冷却涡轮（16）膨胀作功，驱动同轴的第一风扇（17）、第一压气机（30）工作；所述第一风扇（17）设置在第一换热器（13）和第二换热器（31）冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于驱动冲压空气冷气流。

5.根据权利要求1所述的一种环控与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的第二压气机（33）、第二冷却涡轮（40）通过轴依次连接，所述的第二压气机（33）前端通过轴还连接于第二风扇（35）；所述的第二冷却涡轮（40）膨胀做功，驱动同轴的第二风扇（35）、第二压气机（33）工作；所述第二风扇（35）设置在第三换热器（32）和第四换热器（34）冷侧通道和外界空气相连的管道中，用于驱动冲压空气冷气流。

6.根据权利要求1所述的一种环控与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的耦合系统通过自动控制器（51）控制，具体的，自动控制器（51）的电流输入端分别和第一压力传感器（23），第一温度传感器（24），氧浓度传感器（28），最低温度限制器（43），第二温度传感器（44），最高温度限制器（45），第二压力传感器（46）电气相连；所述氧浓度传感器（28）的探头伸入燃油箱（27）内，用于检测燃油箱（27）内气体的氧浓度，并将其传递给自动控制器（51）；自动控制器（51）的电流输出端分别和压力调节器（7），第一三通阀（52），第一温度控制活门（18），电动调节阀（25），第二三通阀（15），第二温度控制活门（36）电气相连。

7.一种环控与机载制氮耦合系统的工作方法，其特征在于，系统的工作方法包括引气输送和制冷过程、机载制氮与惰化过程、数据采集与控制过程；所述的引气输送和制冷过程具体为：

发动机（1）的中压引气经第一单向活门（3）进入预冷器（5）热侧通道入口，发动机（1）的高压引气经高压引气关断活门（4）控制；

当中压压气机压力不能满足系统要求时，高压引气关断活门（4）自动打开，高压引气也进入到预冷器（5）；从发动机压气机引出的高温高压空气经预冷器（5）冷却，冷却空气是从发动机风扇引来的空气；预冷器（5）冷却空气进口管道上装有风扇空气调节活门（2），用来控制预冷器（5）引气出口温度；经过预冷器（5）冷却的引气依次经过关断活门（6），压力调节器（7），流量控制活门（12）；

当地面发动机（1）不工作时，使用辅助动力装置（8）供气，依次经过APU供气关断活门（9），第二单向活门（10），隔离活门（11），流量控制活门（12）；经过流量控制活门（12）的引气通过第一三通阀（52）分为两路，一路通入第一换热器（13），另一路通入第三换热器（32）进行制冷过程；经过第一换热器（13）降温后的混合气体经第二三通阀（15）分为两路，一路进入机载制氮系统，一路进入第一冷却涡轮（16）膨胀降温后通入电子设备舱（19）；

经过预调压力和温度的发动机引气进入制冷组件；引气首先进入第三换热器（32），由冲压空气预冷后进入第二压气机（33）增压升温；由压气机供给的高温高压气体经过第四换热器（34）进一步冷却；第三换热器（32）和第四换热器（34）冷源由第二风扇（35）抽吸冲压空气提供；经第四换热器（34）再次冷却后的气体通过第二温度控制活门（36）、回热器（37）热侧通道进入冷凝器（38）热侧通道入口，在冷凝器（38）中利用第二冷却涡轮（40）出口的冷空气冷却后，通过第二水分离器（39）排除凝结水；利用回热器（37）和冷凝器（38）的作用进一步降低第二冷却涡轮（40）入口气体温度；

从第二水分离器（39）中除去的水，由喷嘴喷淋至第四换热器（34）冷侧通道冲压空气进口，通过蒸发冷却冲压空气，用以提高热交换器的效率；第二水分离器（39）除水后的混合气体进入冷凝器（38）冷侧通道入口，经第三单向活门（41）通入混合室（42）；座舱（47）的部分回风经过再循环空气过滤器（48），第四单向活门（49），座舱空气再循环风扇（50）也进入混合室（42）；由混合室（42）排出的调制气体经过最低温度限制器（43），第二温度传感器（44），最高温度限制器（45），第二压力传感器（46）供入座舱（47）。

8.根据权利要求7所述的一种环控与机载制氮耦合系统的工作方法，其特征在于，所述的机载制氮与惰化过程具体为：

第二三通阀（15）的气体经过过滤器（20）、油雾分离器（21）进入中空纤维膜分离器（22）；所述中空纤维膜分离器（22）的富氧气体出口通过第一压气机（30）、第二换热器（31）通入混合室（42）；所述中空纤维膜分离器（22）的富氮气体出口与第一压力传感器（23），第一温度传感器（24），电动调节阀（25），第一火焰抑制器（26），燃油箱（27）管道连接，在惰化油箱后其废气通过第二火焰抑制器（29）排出机外。

9.根据权利要求7所述的一种环控与机载制氮耦合系统的工作方法，其特征在于，所述的数据采集与控制过程具体为：

根据氧浓度传感器（28）检测燃油箱（27）内气体的氧浓度，并将信号传递给自动控制器（51），当氧浓度高于预设氧浓度时，自动控制器（51）增大电动调节阀（25）开度，机载制氮燃油箱惰化流量增加，中空纤维膜分离器（22）产生的富氮气体通入燃油箱（27）对上部气相空间进行惰化；当氧浓度低于预设氧浓度时，自动控制器（51）降低电动调节阀（25）开度，惰化流量降低，系统进入低流量模式工作状态；

最低温度限制器（43），第二温度传感器（44），最高温度限制器（45）测得进入座舱（47）气体的温度，并将信号传输到自动控制器（51）；当温度高于/低于预设温度时，自动控制器（51）输出控制信号调节第二温度控制活门（36）的开度；

第一温度传感器（24）测得进入燃油箱（27）富氮气体的温度，并将信号传输给自动控制器（51）；当温度高于/低于预设温度，自动控制器（51）输出控制信号调节第一温度控制活门（18）开度；

第一压力传感器（23）测得进入燃油箱（27）前的气体压力，第二压力传感器（46）测得进入座舱（47）前的气体压力，并将信号传输到自动控制器（51）；当压力高于/低于预设压力，自动控制器（51）输出控制信号调节压力调节器（7）开度。