CN112960125B - 一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统，属于飞行器机载机电系统领域。本发明将机载中空纤维膜制氮燃油箱惰化系统与飞机舱室环境控制系统进行耦合，采用三轮升压方式，充分利用飞机环境控制系统中冷却涡轮所提供的动力来提升制氮系统入口气体压力，解决飞机怠速飞行时因发动机压气机引气压力较低所导致的制氮系统工作效率低下或无法正常工作的实际问题，确保在整个飞行包线内机载中空纤维膜制氮系统的正常工作。本发明实现了全飞行包线下油箱惰化防护的基本要求，而且耦合系统简洁、高效，系统总尺寸、重量低，调节与控制方便，具有很高的可靠性和科学可行性。

Description

一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统

技术领域

本发明属于飞行器机载机电系统领域，尤其涉及一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统设计及其工作方法。

背景技术

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。自上世纪六十年代中期至本世纪初的近40年中，全球范围内共计发生飞机事故三千七百余次，其中由燃油箱燃烧爆炸引起的事故占十分之一，对飞机运行安全造成的威胁不容小觑。

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，航空发达国家的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杜绝点火源（SFAR 88）、降低可燃性（AC 25.981-2A）、降低运输类飞机燃油箱可燃性暴露时间（FAR25.981）。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，并为飞机燃油系统提供了安全保障。

多年来，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均已表明：机载中空纤维膜制氮燃油箱惰化是保障油箱安全性的一项技术可行且高效经济的技术方法。机载中空纤维膜制氮燃油箱惰化是指惰性气体（富氮气体）由机载设备（机载中空纤维膜）产生，并用之替代燃油箱上部气相空间内可燃混合气体以保障油箱的安全。来自飞机发动机压缩机中的引气进行限流、降温、除杂等一系列预处理后，再经过中空纤维膜空气分离装置进行氧氮分离，以产生适宜浓度、流量的富氮气体，并将该富氮气体输送到指定的油箱，实现油箱惰化防爆。

但在实际应用中，中空纤维膜制氮燃油箱惰化系统存在着部分工况下无法工作或工作效率低等问题，它使得部分时段由于富氮气体流量不足或缺乏富氮气体，燃油箱不能有效惰化。产生该问题的主要原因是：中空纤维膜制氮装置分离效率与其入口压力直接相关，当飞机发动机处于怠速工作状态时，引气压力不足导致了该问题产生。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的部分工况下无法工作或工作效率低、燃油箱不能有效惰化等问题，公开了一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统，本发明系统充分利用飞机环境控制系统中冷却涡轮所提供的动力来提升制氮系统入口气体压力，解决了现有技术中存在问题。

本发明是这样实现的：

一种飞机舱室环境控制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，所述的第一换热器、第二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，所述的预冷器也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，为预冷器提供冷却空气，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与第一换热器热侧通道入口连接，所述的第一换热器热侧通道出口连接于压气机、第二换热器的热侧通道、温度控制活门，回热器的热侧通道、冷凝器的热侧通道、水分离器；

所述的水分离器出口通过三通阀分为两路，其一路依次连接于回热器的冷侧通道、冷却涡轮、冷凝器的冷侧通道；另一路连接于中空纤维膜分离器；

所述的冷凝器冷侧通道出口依次连接于第三单向活门、混合室；最低温度限制器、第一温度传感器、最高温度限制器、第一压力传感器、座舱；所述的座舱的回风通道出口再依次连接于再循环空气过滤器，第四单向活门，座舱空气再循环风扇与混合室的回风通道入口连接。

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，和流量控制活门连接。

进一步，所述的第一换热器冷侧通道入口和出口均与外界空气连接；所述的第二换热器冷侧通道入口和出口均与外界空气连接。

进一步，所述的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。

进一步，所述的中空纤维膜分离器包含富氧气体出口、富氮气体出口；所述的中空纤维膜分离器的富氧气体出口直接排放给大气环境；所述中空纤维膜分离器的富氮气体出口后依次连接于第二压力传感器、第二温度传感器、电动调节阀、第一火焰抑制器、燃油箱；所述的燃油箱气体出口再与第二火焰抑制器连接，并排入大气环境。

进一步，所述的压气机、冷却涡轮通过轴依次连接，所述的压气机前通过轴还连接于风扇；所述的冷却涡轮膨胀作功，驱动同轴的风扇、压气机工作；所述的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。

进一步，所述的系统通过自动控制器控制，所述的自动控制器电流输入端分别和最低温度限制器，第一温度传感器，最高温度限制器，第一压力传感器，第二压力传感器，第二温度传感器电气相连；所述氧浓度传感器的探头伸入所述燃油箱内，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，温度控制活门，三通阀、电动调节阀电气相连。

一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统，所述系统的工作过程包括引气输送与制冷过程、引气输送与机载制氮油箱惰化过程、数据采集与控制过程；所述的引气输送与制冷过程具体步骤如下：

发动机中压引气经第一单向活门进入预冷器热侧通道入口，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再经过关断活门，压力调节器，流量控制活门通入第一换热器热侧通道入口；

当地面发动机不工作时，使用辅助动力装置供气，经APU供气关断活门，第二单向活门，隔离活门，流量控制活门通入第一换热器热侧通道入口管道；

经过预调压力和温度的发动机引气进入制冷系统的制冷组件。引气首先进入第一换热器，由冲压空气预冷后进入压气机增压升温；由压气机供给的高温高压气体经过第二换热器进一步冷却；第一换热器和第二换热器冷源由风扇抽吸冲压空气提供；经第二换热器再次冷却后的气体通过温度控制活门、回热器热侧通道进入冷凝器热侧通道入口，在冷凝器中利用冷却涡轮出口的冷空气冷却后，通过水分离器排除凝结水；从水分离器中除去的水，由喷嘴喷淋至第二换热器冷侧通道冲压空气进口，通过蒸发冷却冲压空气，提高热交换器的效率；

水分离器除水后的混合气体经三通阀分为两路，一路经回热器冷侧通道进入冷却涡轮膨胀降温，随后进入冷凝器冷侧通道入口，另一路通入机载制氮油箱惰化系统；经冷凝器气体由第三单向活门进入混合室；由混合室排出的混合气体经过最低温度限制器，第一温度传感器，最高温度限制器，第一压力传感器供入座舱；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进入混合室与来自冷凝器的新鲜空气充分混合。

进一步，所述的引气输送与机载制氮油箱惰化过程具体步骤如下：

三通阀另一路气体通入中空纤维膜分离器，中空纤维膜分离器将气体分离为富氧气体和富氮气体，其中，产生的富氧气体排入外界大气，产生的富氮气体通过第二压力传感器，第二温度传感器，电动调节阀，第一火焰抑制器通入燃油箱，并对燃油箱气相空间实施惰化，油箱排出气体通过第二火焰抑制器排入外界大气。

进一步，所述的数据采集与控制过程具体步骤如下：

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，所述自动控制器开启三通阀、电动调节阀，机载制氮燃油箱惰化系统开始工作，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，所述自动控制器关闭电动调节阀，机载制氮燃油箱惰化系统停止工作；

最低温度限制器，第一温度传感器，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温度控制活门的开度；

第二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电动调节阀开度；

第一压力传感器测得进入座舱前的气体压力，第二压力传感器测得进入燃油箱前的气体压力，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：

本发明将机载中空纤维膜制氮燃油箱惰化系统与飞机舱室环境控制系统进行耦合设计，使之共用了从飞机发动机压缩机引气处理部分，它有效降低了系统总重量与尺寸；同时，它充分利用了环境控制系统冷却涡轮所输出的轴功，提升了中空纤维膜制氮系统工作压力，保障了该系统的正常工作条件，而且不对环境控制系统工作产生任何不良影响；

本发明的系统采用三轮升压方式，充分利用飞机环境控制系统中冷却涡轮所提供的动力来提升制氮系统入口气体压力，解决飞机怠速飞行时因发动机压气机引气压力较低所导致的制氮系统工作效率低下或无法正常工作的实际问题，确保在整个飞行包线内机载中空纤维膜制氮系统正常工作。与现有技术相比，本发明不仅解决了工程实际应用中部分工况下机载中空纤维膜制氮系统无法正常工作难题，保障了全飞行包线下富氮气体流量和油箱被惰化要求的实现；而且耦合系统简洁、工作效率高，系统总尺寸、重量低，调节与控制方便，具有很高的可靠性和可行性。

附图说明

图1为本发明一种飞机舱室环境控制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-风扇，15-压气机，16-第二换热器，17-温度控制活门，18-回热器，19-冷凝器，20-水分离器，21-冷却涡轮，22-第三单向活门，23-混合室，24-最低温度限制器，25-第一温度传感器，26-最高温度限制器，27-第一压力传感器，28-座舱，29-再循环空气过滤器，30-第四单向活门，31-座舱空气再循环风扇，32-三通阀，33-中空纤维膜膜分离器，34-第二压力传感器，35-第二温度传感器，36-电动调节阀，37-第一火焰抑制器，38-氧浓度传感器，39-燃油箱，40-第二火焰抑制器，41-自动控制器。

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，本发明的一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统包括发动机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，风扇14，压气机15，第二换热器16，温度控制活门17，回热器18，冷凝器19，水分离器20，冷却涡轮21，第三单向活门22，混合室23，最低温度限制器24，第一温度传感器25，最高温度限制器26，第一压力传感器27，座舱28，再循环空气过滤器29，第四单向活门30，座舱空气再循环风扇31，三通阀32，中空纤维膜膜分离器33，第二压力传感器34，第二温度传感器35，电动调节阀36，第一火焰抑制器37，氧浓度传感器38，燃油箱39，第二火焰抑制器40，自动控制器41。

所述的预冷器5、第一换热器13、第二换热器16、回热器18、冷凝器19均包含热侧通道和冷侧通道；所述的风扇14、压气机15、冷却涡轮21通过轴依次连接；冷却涡轮21膨胀作功，驱动同轴的风扇14、压气机15工作；所述风扇14设置在第一换热器13和第二换热器16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，流量控制活门12和第一换热器13热侧通道入口管道连接；

所述辅助动力装置8经APU供气关断活门9，第二单向活门10，隔离活门11，流量控制活门12和第一换热器13热侧通道入口管道连接；

所述第一换热器13热侧通道出口与压气机15入口通过管道相连，第一换热器13冷侧通道入口和出口均接外界空气；

所述压气机15出口、第二换热器16的热侧通道、温度控制活门17，回热器18的热侧通道、冷凝器19的热侧通道、水分离器20的入口通过管道依次相连；所述第二换热器16冷侧通道入口和出口均接外界空气；

所述水分离器20出口通过三通阀32分为两路，一路和回热器18的冷侧通道、冷却涡轮21、冷凝器19的冷侧通道通过管道依次连接，另一路和中空纤维膜膜分离器33连接；水分离器20液态水出口通过管道喷淋至第二换热器16冷侧通道入口，以提高换热器效率；

所述冷凝器19冷侧通道出口经第三单向活门22通入混合室23；所述混合室23经最低温度限制器24，第一温度传感器25，最高温度限制器26，第一压力传感器27和座舱28管道相连；所述座舱28的回风通道出口通过再循环空气过滤器29，第四单向活门30，座舱空气再循环风扇31与混合室23的回风通道入口管道连接；

所述中空纤维膜分离器33的富氧气体出口与外界空气管道相连，所述中空纤维膜分离器33的富氮气体出口经第二压力传感器34、第二温度传感器35、电动调节阀36、第一火焰抑制器37和燃油箱39入口管道连接；所述燃油箱39废气出口与第二火焰抑制器40管道相连，排出机外；

所述自动控制器41的电流输入端分别和最低温度限制器24，第一温度传感器25，最高温度限制器26，第一压力传感器27，第二压力传感器34，第二温度传感器35电气相连；所述氧浓度传感器38的探头伸入所述燃油箱39内，用于检测燃油箱39内气体的氧浓度，并将其传递给所述自动控制器41；所述自动控制器41的电流输出端分别和压力调节器7，温度控制活门17，三通阀32、电动调节阀36电气相连。

本发明还公开了一种飞机舱室环境控制系统与机载制氮系统的工作方法，具体步骤如下：

1）引气输送与制冷过程

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冷却的引气再经过关断活门6，压力调节器7，流量控制活门12通入第一换热器13热侧通道入口。当地面发动机1不工作时，可以使用辅助动力装置8供气，经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通入第一换热器13热侧通道入口管道。

经过预调压力和温度的发动机引气进入制冷系统的制冷组件。引气首先进入第一换热器13，由冲压空气预冷后进入压气机15增压升温；由压气机供给的高温高压气体经过第二换热器16进一步冷却；第一换热器13和第二换热器16冷源由风扇14抽吸冲压空气提供；经第二换热器16再次冷却后的气体通过温度控制活门17、回热器18热侧通道进入冷凝器19热侧通道入口，在冷凝器中利用冷却涡轮21出口的冷空气冷却后，通过水分离器20排除凝结水。回热器18和冷凝器19的作用是进一步降低冷却涡轮21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。

从水分离器20中除去的水，由喷嘴喷淋至第二换热器16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。

水分离器20除水后的混合气体经三通阀32分为两路，一路经回热器18冷侧通道进入冷却涡轮21膨胀降温，随后进入冷凝器19冷侧通道入口，另一路通入机载制氮油箱惰化系统；

经冷凝器19气体由第三单向活门22进入混合室23；

由混合室23排出的混合气体经过最低温度限制器24，第一温度传感器25，最高温度限制器26，第一压力传感器27供入座舱28；座舱28的回风经过再循环空气过滤器29，第四单向活门30，座舱空气再循环风扇31也进入混合室23与其充分混合。

由混合室23排出的混合气体经过最低温度限制器24，第一温度传感器25，最高温度限制器26，第一压力传感器27供入座舱28；座舱28的部分回风经过再循环空气过滤器29，第四单向活门30，座舱空气再循环风扇31进入混合室23与来自冷凝器19的新鲜空气充分混合。

2）引气输送与机载制氮油箱惰化过程

三通阀32另一路气体通入中空纤维膜分离器33，中空纤维膜分离器33将气体分离为富氧气体和富氮气体，其中，产生的富氧气体排入外界大气，产生的富氮气体通过第二压力传感器34，第二温度传感器35，电动调节阀36，第一火焰抑制器37通入燃油箱39，并对燃油箱气相空间实施惰化，油箱排出气体通过第二火焰抑制器40排入外界大气。

3）数据采集与控制过程

氧浓度传感器38检测燃油箱39内气体的氧浓度，并将信号传递给所述自动控制器41，当氧浓度高于预设氧浓度时，所述自动控制器41开启三通阀32、电动调节阀36，机载制氮燃油箱惰化系统开始工作，产生的富氮气体通入燃油箱39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41关闭电动调节阀36、第二电动调节阀36，机载制氮燃油箱惰化系统停止工作。

最低温度限制器24，第一温度传感器25，最高温度限制器26测得进入座舱28气体的温度，并将信号传输到所述自动控制器41；当温度高于/低于预设温度时，所述自动控制器41输出控制信号调节温度控制活门17的开度。

第二温度传感器35测得进入燃油箱39富氮气体的温度，并将信号传输给所述自动控制器41；当温度高于/低于预设温度，所述自动控制器41输出控制信号调节电动调节阀36开度。

第一压力传感器27测得进入座舱28前的气体压力，第二压力传感器34测得进入燃油箱39前的气体压力，并将信号传输到所述自动控制器41；当压力高于/低于预设压力，所述自动控制器41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 (8)

1.一种飞机舱室环境控制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（16），所述的第一换热器（13）、第二换热器（16）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）也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），为预冷器（5）提供冷却空气，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）与第一换热器（13）热侧通道入口连接，所述的第一换热器（13）热侧通道出口连接于压气机（15）、第二换热器（16）的热侧通道、温度控制活门（17），回热器（18）的热侧通道、冷凝器（19）的热侧通道、水分离器（20）；

所述的水分离器（20）出口通过三通阀（32）分为两路，其一路依次连接于回热器（18）的冷侧通道、冷却涡轮（21）、冷凝器（19）的冷侧通道；另一路连接于中空纤维膜分离器（33）；

所述的冷凝器（19）冷侧通道出口依次连接于第三单向活门（22）、混合室（23）；最低温度限制器（24）、第一温度传感器（25）、最高温度限制器（26）、第一压力传感器（27）、座舱（28）；所述的座舱（28）的回风通道出口再依次连接于再循环空气过滤器（29），第四单向活门（30），座舱空气再循环风扇（31）与混合室（23）的回风通道入口连接；

所述的中空纤维膜分离器（33）包含富氧气体出口、富氮气体出口；所述的中空纤维膜分离器（33）的富氧气体出口直接排放给大气环境；所述中空纤维膜分离器（33）的富氮气体出口后依次连接于第二压力传感器（34）、第二温度传感器（35）、电动调节阀（36）、第一火焰抑制器（37）、燃油箱（39）；所述的燃油箱（39）气体出口再与第二火焰抑制器（40）连接，并排入大气环境；

所述的系统通过自动控制器（41）控制，所述的自动控制器（41）电流输入端分别和最低温度限制器（24），第一温度传感器（25），最高温度限制器（26），第一压力传感器（27），第二压力传感器（34），第二温度传感器（35）电气相连；氧浓度传感器（38）的探头伸入所述燃油箱（39）内，检测燃油箱（39）内气体的氧浓度，并将其传递给自动控制器（41）；自动控制器（41）的电流输出端分别和压力调节器（7），温度控制活门（17），三通阀（32）、电动调节阀（36）电气相连。

2.根据权利要求1所述的一种飞机舱室环境控制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）连接。

3.根据权利要求1所述的一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的第一换热器（13）冷侧通道入口和出口均与外界空气连接；所述的第二换热器（16）冷侧通道入口和出口均与外界空气连接。

4.根据权利要求1所述的一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的水分离器（20）液态水出口通过管道喷淋至第二换热器（16）冷侧通道入口。

5.根据权利要求1所述的一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的压气机（15）、冷却涡轮（21）通过轴依次连接，所述的压气机（15）前通过轴还连接于风扇（14）；所述的冷却涡轮（21）膨胀作功，驱动同轴的风扇（14）、压气机（15）工作；所述的风扇（14）设置在第一换热器（13）和第二换热器（16）冷侧通道和外界空气相连的管道中。

6.一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述系统的工作过程包括引气输送与制冷过程、引气输送与机载制氮油箱惰化过程、数据采集与控制过程；所述的引气输送与制冷过程具体步骤如下：

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）冷却的引气再经过关断活门（6），压力调节器（7），流量控制活门（12）通入第一换热器（13）热侧通道入口；

当地面发动机（1）不工作时，使用辅助动力装置（8）供气，经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）通入第一换热器（13）热侧通道入口管道；

经过预调压力和温度的发动机引气进入制冷系统的制冷组件，引气首先进入第一换热器（13），由冲压空气预冷后进入压气机（15）增压升温；由压气机供给的高温高压气体经过第二换热器（16）进一步冷却；第一换热器（13）和第二换热器（16）冷源由风扇（14）抽吸冲压空气提供；经第二换热器（16）再次冷却后的气体通过温度控制活门（17）、回热器（18）热侧通道进入冷凝器（19）热侧通道入口，在冷凝器中利用冷却涡轮（21）出口的冷空气冷却后，通过水分离器（20）排除凝结水；从水分离器（20）中除去的水，由喷嘴喷淋至第二换热器（16）冷侧通道冲压空气进口，通过蒸发冷却冲压空气，提高热交换器的效率；

水分离器（20）除水后的混合气体经三通阀（32）分为两路，一路经回热器（18）冷侧通道进入冷却涡轮（21）膨胀降温，随后进入冷凝器（19）冷侧通道入口，另一路通入机载制氮油箱惰化系统；经冷凝器（19）气体由第三单向活门（22）进入混合室（23）；由混合室（23）排出的混合气体经过最低温度限制器（24），第一温度传感器（25），最高温度限制器（26），第一压力传感器（27）供入座舱（28）；座舱（28）的部分回风经过再循环空气过滤器（29），第四单向活门（30），座舱空气再循环风扇（31）进入混合室（23）与来自冷凝器（19）的新鲜空气充分混合。

7.根据权利要求6所述的一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的引气输送与机载制氮油箱惰化过程具体步骤如下：

三通阀（32）另一路气体通入中空纤维膜分离器（33），中空纤维膜分离器（33）将气体分离为富氧气体和富氮气体，其中，产生的富氧气体排入外界大气，产生的富氮气体通过第二压力传感器（34），第二温度传感器（35），电动调节阀（36），第一火焰抑制器（37）通入燃油箱（39），并对燃油箱气相空间实施惰化，油箱排出气体通过第二火焰抑制器（40）排入外界大气。

8.根据权利要求6所述的一种飞机舱室环境控制与机载制氮耦合系统，其特征在于，所述的数据采集与控制过程具体步骤如下：

氧浓度传感器（38）检测燃油箱（39）内气体的氧浓度，并将信号传递给自动控制器（41），当氧浓度高于预设氧浓度时，自动控制器（41）开启三通阀（32）、电动调节阀（36），机载制氮燃油箱惰化系统开始工作，产生的富氮气体通入燃油箱（39）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（41）关闭电动调节阀（36），机载制氮燃油箱惰化系统停止工作；

最低温度限制器（24），第一温度传感器（25），最高温度限制器（26）测得进入座舱（28）气体的温度，并将信号传输到自动控制器（41）；当温度高于/低于预设温度时，自动控制器（41）输出控制信号调节温度控制活门（17）的开度；

第二温度传感器（35）测得进入燃油箱（39）富氮气体的温度，并将信号传输给自动控制器（41）；当温度高于/低于预设温度，自动控制器（41）输出控制信号调节电动调节阀（36）开度；

第一压力传感器（27）测得进入座舱（28）前的气体压力，第二压力传感器（34）测得进入燃油箱（39）前的气体压力，并将信号传输到自动控制器（41）；当压力高于/低于预设压力，自动控制器（41）输出控制信号调节压力调节器（7）开度。

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