CN113184196A - 一种固定翼飞机综合环控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固定翼飞机综合环控系统，包括蒸发循环子系统、座舱增压子系统和废热回收子系统；蒸发循环子系统用于座舱降温和加温，座舱增压子系统采用非发动机引气的增压技术，废热利用系统基于能量综合管理技术，回收发动机滑油和尾气废热，用于座舱加温。本发明基于分系统综合技术SUIT设计理念，从独立系统级优化设计向飞机级整体综合优化设计转变，基于非发动机引气和热回收等多种技术，使固定翼飞机环控系统具备高效、节能以及重量轻等显著优点。

Description

一种固定翼飞机综合环控系统
技术领域
本发明涉及飞行器环境控制技术领域，尤其是一种固定翼飞机综合环控系统。
背景技术
飞行器的座舱需进行环境控制。随着飞行速度和高度越来越高，该需求愈发迫切。环控系统的作用是在各种飞行条件下，将舱内空气的温度和压力等保持在规定的范围内，以保证乘员正常生理需求和舒适性。
目前环控系统供气方案有发动机压气机引气、涡轮压气机供气和发动机作动力驱动增压器供气三种。前两种都直接或间接地从发动机压气机引气，后一种则是由发动机作动力，通过传动机匣或电力驱动。目前全电飞机上采用后一种供气方案，具有显著的节油效果。从燃油代偿损失或推力的角度出发，发动机引气造成燃油代偿损失的增加与轴功率驱动的相比增加了3倍多，推力的减少更是高达5倍以上。因而，从节省燃油的角度来看，环控系统应该采用“不用引气”的方案。
分系统综合技术(SUIT)将飞机发动机、冷却系统、加温系统、压力调节系统等装置综合成一个整体组件，体现了由独立系统级优化设计向飞机级整体综合优化设计转变的理念，可实现飞机机载功能系统的综合与优化，对飞机的节能和减重均有显著改善。
针对固定翼飞机的应用需求，亟需研制一种固定翼飞机综合环控系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种固定翼飞机综合环控系统，能够实现对固定翼飞机座舱的环境控制。
为解决上述技术问题，本发明提供一种固定翼飞机综合环控系统，包括：蒸发循环子系统、座舱增压子系统和废热回收子系统；蒸发循环子系统和座舱增压子系统通过第一换热器7连接，蒸发循环子系统和废热回收子系统通过第三换热器12连接。
优选的，蒸发循环子系统包括座舱1、压缩机5、四通阀6、第一换热器7、第一风机8、节流阀9、第二换热器10和第二风机11；蒸发循环子系统通过置于座舱1内的第一换热器7控制座舱1的温度；当蒸发循环子系统处于制冷模式时，第一换热器7为蒸发器，吸收座舱1空气热量并通过第二换热器10排给舱外空气；当蒸发循环子系统处于制热模式时，第一换热器7为冷凝器，向座舱1释放热量，所需热量通过第二换热器10和/或第三换热器12从舱外空气或者废热中提取；压缩机5的进出口与四通阀6连通；节流阀9的进出口与第一换热器7和第二换热器10连通；第一风机8抽吸舱内空气使之流经第一换热器7，第二风机11抽吸舱外空气使之流经第二换热器10，第一风机8与第一换热器7、第二风机11与第二换热器10分别构成舱内和舱外换热单元。
优选的，蒸发循环子系统处于制热模式时，可利用的热源包括：舱外空气、滑油热量以及发动机尾气热量；当环境温度大于7℃时，蒸发循环子系统中的冷媒通过第二换热器10吸收环境空气的热量；当环境温度小于7℃时，蒸发循环子系统的能效比较小，启动废热回收子系统，泵16开始工作，冷媒通过第三换热器12吸收废热回收子系统的热量。
优选的，座舱增压子系统包括扩压器13、压气机14和座舱压力调节器15；座舱增压子系统通过扩压器13从环境空气引气增压，若压力不足，则启动压气机14再次增压，在座舱1的回气处与循坏空气汇合后，通过第一风机8驱动，进入第一换热器7和送风管路，再由座舱压力调节器15依据座舱压力制度设定的座舱高度，由排气活门将全部或部分增压空气排至舱外。
优选的，座舱增压子系统为非发动机引气的增压系统。利用了环境空气的动压，可显著降低发动机的功率消耗。
优选的，废热回收子系统包括发动机2、齿轮箱3、尾喷管4、第三换热器12、泵16、第四换热器17和第五换热器18；齿轮箱3滑油热量通过第五换热器18传给冷却液，发动机2尾气热量由尾喷管4处提取，通过第四换热器17传给冷却液，冷却液在泵16的驱动下流至第三换热器12，散热至冷媒，作为热源提供蒸发循环子系统蒸发所需的热量。
本发明的有益效果为：本发明实现了对固定翼飞机座舱的环境控制，系统基于SUIT设计理念，以燃油代偿损失最小为设计目标，节能和减重效果显著，基于非发动机引气和热回收等多种技术，使固定翼飞机环控系统具备绿色高效的优点。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
1-座舱，2-发动机，3-齿轮箱，4-尾喷管，5-压缩机，6-四通阀，7-第一换热器，8-第一风机，9-节流阀，10-第二换热器，11-第二风机，12-第三换热器，13-扩压器，14-压气机，15-座舱压力调节器，16-泵，17-第四换热器，18-第五换热器。
具体实施方式
如图1所示，一种固定翼飞机综合环控系统，包括：蒸发循环子系统、座舱增压子系统、废热回收子系统。蒸发循环子系统通过置于座舱1内的第一换热器7控制座舱温度；当蒸发循环子系统处于制冷模式时，第一换热器7为蒸发器，吸收座舱1空气热量并通过第二换热器10排给舱外空气；当蒸发循环子系统处于制热模式时，第一换热器7为冷凝器，向座舱1释放热量，所需热量通过第二换热器10和/或第三换热器12从舱外空气或者废热中提取。
蒸发循环子系统处于制热模式时，可利用的热源主要包括：舱外空气、滑油热量以及发动机尾气热量；当环境温度大于7℃时，蒸发循环子系统中的冷媒主要通过第二换热器10吸收环境空气的热量；当环境温度小于7℃时，蒸发循环子系统的能效比较小，启动废热回收子系统，泵16开始工作，冷媒通过第三换热器12吸收废热回收子系统的热量。
座舱增压子系统由扩压器13、压气机14和座舱压力调节器15组成；座舱增压子系统通过扩压器13从环境空气引气增压，若压力不足，则启动压气机14再次增压，在座舱1的回气处与循坏空气汇合后，通过第一风机8驱动，进入第一换热器7和送风管路，再由座舱压力调节器15依据座舱压力制度设定的座舱高度，由排气活门将全部或部分增压空气排至舱外。
座舱增压子系统为非发动机引气的增压系统，且利用了环境空气的动压，可显著降低发动机2功率消耗。
废热回收子系统包括发动机2、齿轮箱3、尾喷管4、第三换热器12、泵16、第四换热器17和第五换热器18；齿轮箱3滑油热量通过第五换热器18传给冷却液，发动机2尾气热量由尾喷管4处提取，通过第四换热器17传给冷却液，冷却液在泵16的驱动下流至第三换热器12，散热至冷媒，作为热源提供蒸发循环子系统蒸发所需的热量。
本发明的固定翼飞机综合环控系统实现过程如下：
空气首先通过扩压器13从座舱外部环境中引入，然后进入压气机，根据其压力大小决定压气机是否开启以进一步增压，然后与座舱回风一起经过第一换热器7，在此处被加热或者冷却，最后通过座舱的供气管路进行分配。座舱压力调节器15依据座舱压力制度，通过排气活门调节座舱压力。空气在第一换热器7处的处理方式由座舱温度决定：当座舱温度较低需要加温时，蒸发循环子系统处于制热模式，此时通过第二换热器10和/或第三换热器12，从环境空气和/或废热中吸热，若从废热中吸热则泵16开启；当座舱温度较高需要降温时，蒸发循环子系统处于制冷模式，此时，通过第二换热器10将热量排给环境空气。

Claims (6)

1.一种固定翼飞机综合环控系统，其特征在于，包括：蒸发循环子系统、座舱增压子系统和废热回收子系统；蒸发循环子系统和座舱增压子系统通过第一换热器(7)连接，蒸发循环子系统和废热回收子系统通过第三换热器(12)连接。
2.如权利要求1所述的固定翼飞机综合环控系统，其特征在于，蒸发循环子系统包括座舱(1)、压缩机(5)、四通阀(6)、第一换热器(7)、第一风机(8)、节流阀(9)、第二换热器(10)和第二风机(11)；蒸发循环子系统通过置于座舱(1)内的第一换热器(7)控制座舱(1)的温度；当蒸发循环子系统处于制冷模式时，第一换热器(7)为蒸发器，吸收座舱(1)空气热量并通过第二换热器(10)排给舱外空气；当蒸发循环子系统处于制热模式时，第一换热器(7)为冷凝器，向座舱(1)释放热量，所需热量通过第二换热器(10)和/或第三换热器(12)从舱外空气或者废热中提取；压缩机(5)的进出口与四通阀(6)连通；节流阀(9)的进出口与第一换热器(7)和第二换热器(10)连通；第一风机(8)抽吸舱内空气使之流经第一换热器(7)，第二风机(11)抽吸舱外空气使之流经第二换热器(10)，第一风机(8)与第一换热器(7)、第二风机(11)与第二换热器(10)分别构成舱内和舱外换热单元。
3.如权利要求2所述的固定翼飞机综合环控系统，其特征在于，蒸发循环子系统处于制热模式时，可利用的热源包括：舱外空气、滑油热量以及发动机尾气热量；当环境温度大于7℃时，蒸发循环子系统中的冷媒通过第二换热器(10)吸收环境空气的热量；当环境温度小于7℃时，蒸发循环子系统的能效比较小，启动废热回收子系统，泵(16)开始工作，冷媒通过第三换热器(12)吸收废热回收子系统的热量。
4.如权利要求1所述的固定翼飞机综合环控系统，其特征在于，座舱增压子系统包括扩压器(13)、压气机(14)和座舱压力调节器(15)；座舱增压子系统通过扩压器(13)从环境空气引气增压，若压力不足，则启动压气机(14)再次增压，在座舱(1)的回气处与循坏空气汇合后，通过第一风机(8)驱动，进入第一换热器(7)和送风管路，再由座舱压力调节器(15)依据座舱压力制度设定的座舱高度，由排气活门将全部或部分增压空气排至舱外。
5.如权利要求4所述的固定翼飞机综合环控系统，其特征在于，座舱增压子系统为非发动机引气的增压系统。
6.如权利要求1所述的固定翼飞机综合环控系统，其特征在于，废热回收子系统包括发动机(2)、齿轮箱(3)、尾喷管(4)、第三换热器(12)、泵(16)、第四换热器(17)和第五换热器(18)；齿轮箱(3)滑油热量通过第五换热器(18)传给冷却液，发动机(2)尾气热量由尾喷管(4)处提取，通过第四换热器(17)传给冷却液，冷却液在泵(16)的驱动下流至第三换热器(12)，散热至冷媒，作为热源提供蒸发循环子系统蒸发所需的热量。
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