CN114044147A - 一种基于发动机尾气热量回收的热管理系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于直升机热管理系统设计技术领域，具体涉及一种基于发动机尾气热量回收的热管理系统。所述热管理系统包括环形散热器(1)、空气压缩机(4)、压力传感器(6)、温度传感器(7)、座舱换热器(3)和控制器(5)。本发明用于回收发动机尾气中的热量为座舱内加温，同时降低发动机尾气红外特征。
Description
技术领域
本发明属于直升机热管理系统设计技术领域，具体涉及一种基于发动机尾气热量回收的热管理系统。
背景技术
直升机采用涡轴发动机，发动机尾气平均温度约400℃，是高品质热源，但平时是直接耗散在环境空气中，并未得到有效利用，同时也使直升机具有强烈的红外特征，不利于武装直升机的安全。
当前直升机尾喷管安装红外抑制器，可以通过引射环境空气掺混降低排气温度，降低红外特征，但并未对发动机尾气中的热量进行回收利用。
发明内容
发明目的：提供一种基于发动机尾气热量回收的热管理系统，用于回收发动机尾气中的热量为座舱内加温，同时降低发动机尾气红外特征。
发明技术方案：一方面，提供一种基于发动机尾气热量回收的热管理系统，所述热管理系统包括环形散热器1、空气压缩机4、压力传感器6、温度传感器7、座舱换热器3和控制器5；
所述空气压缩机4、环形散热器1和座舱换热器3相互连通构成空气循环回路；环形散热器1环形缠绕尾喷管的外部；座舱换热器3用于将回收的尾气热量传递至座舱中，进行座舱加温；
环形散热器1和座舱换热器3之间的连接管道上安装有压力传感器6、温度传感器7，分别用于采集经过尾喷管之后的压缩空气的压力和温度，并反馈给控制器5；控制器5根据接收的压力和温度信号，控制空气压缩机4的转速，以调整空气循环回路的空气质量流量。
可选地，所述热管理系统还包括膨胀罐2，膨胀罐2与环形缠绕尾喷管之后的管道连通，并与座舱换热器3连通；膨胀罐2用于实现整个空气循环回路的压力稳定，并对空气循环回路进行压缩空气的补充、排放冷凝水。
可选地，所述膨胀罐2包括罐体20、弹簧21和隔板22；弹簧21的一端固定于罐体20，另一端连接隔板22；隔板22用于将罐体20分割为膨胀腔和储能腔；膨胀腔的通气口与空气循环回路的管道连接；当空气循环回路的压力上升时，挤压隔板22，将空气压力能转化为弹簧机械能；当空气循环回路的压力下降时，弹簧恢复，将弹簧机械能转化为空气压力能。
可选地，所述环形散热器1和尾喷管集成一体化设计，避免产生尾喷管的排气阻力，同时回收尾期中的热量。
可选地，座舱换热器3的进气口设置有风源阀门，用于实现座舱内部气体和外部气体的切换。
可选地，空气压缩机4位于座舱外，空气压缩机4的进气来源于座舱换热器3的出气，以实现降温后循环空气进行压缩，提高空气压缩机4单位耗能下压缩空气质量流量。
可选地，环形散热器1包括多组并连散热管道；每组散热管道均环形缠绕尾喷管，并与空气压缩机4、膨胀罐2连通。
另一方面，提供一种基于发动机尾气热量回收的热管理方法，采用如上所述的热管理系统，所述方法包括：
通过地面试验，获取不同温度和压力组合下空气压缩机不同转速下所排出的压缩空气质量流量，建立温度、压力和压缩机转速对照表；
热管理系统循环工作时，控制器5接收压力传感器6、温度传感器7反馈的压力信号和温度信号，查询所述对照表得到空气压缩机的理论转速，并对空气压缩机4进行控制，使其接近理论转速
发明的技术效果：可以替代传统的引气加温系统，实现座舱加温功能。传统的引气加温需要消耗发动机引气，降低发动机轴功率。而本发明回收利用的是发动机尾气中的热量，还降低了发动机排气温度，一举两得。由于提取热量是通过尾喷管外部环形散热器实现，无论系统是否使用，均不影响发动机正常排气。
附图说明
图1为热管理系统示意图；
图2为膨胀罐的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的进行解释说明。
结合图1和图2所示，本实施例，提供一种基于发动机尾气热量回收的热管理系统，由含环形散热器1的集成化尾喷管、膨胀罐2、座舱换热器3、空气压缩机4、温度传感器6、压力传感器7组成，循环工质是干空气。
环形散热器和尾喷管集成设计，可以高效的将发动机尾气中的热量传递到循环工质中。工质在座舱换热器3中将热量释放到座舱里面，冷却后的工质通过空气压缩机4循环输送到含环形散热器的集成化尾喷管中吸热，周而复始形成循环。
结合图2所示，所述膨胀罐2包括罐体20、弹簧21和隔板22；弹簧21的一端固定于罐体20，另一端连接隔板22；隔板22用于将罐体20分割为膨胀腔和储能腔；膨胀腔的通气口与空气循环回路的管道连接；当空气循环回路的压力上升时，挤压隔板22，将空气压力能转化为弹簧机械能；当空气循环回路的压力下降时，弹簧恢复，将弹簧机械能转化为空气压力能。
系统工作时，可以回收利用尾气中的热量用于座舱加温，同时降低发动机尾气中的温度。系统不工作的时候，也不影响发动机排尾气。
本实施例，在发动机尾喷管中集成环形散热器1，散热器处于尾喷管外部，可以传递热量但不形成额外阻力，对发动机排气无影响；
利用空气工质的闭环系统，使发动机尾气和座舱内仅交联热量，由于工质压力较高，即使在系统故障情况下，也不会将发动机尾气中的有害物质传递到座舱；
系统中包含一个膨胀罐2，膨胀罐上包括压缩空气充注口、排水口。当系统内部压力超过一定压力后泄压，同时充当膨胀空间，避免系统内部压力因温度变化而增加。
在膨胀罐2后部设置一个温度传感器6和一个压力传感器7，用于控制器5控制变频压缩机4转速；
在工质流通方向上，变频空气压缩机4处于座舱换热器3之后，换热后的工质温度降低，密度增加，同等转速下变频空气压缩机质量流量更大。
Claims (8)
1.一种基于发动机尾气热量回收的热管理系统，其特征在于，所述热管理系统包括环形散热器(1)、空气压缩机(4)、压力传感器(6)、温度传感器(7)、座舱换热器(3)和控制器(5)；
所述空气压缩机(4)、环形散热器(1)和座舱换热器(3)相互连通构成空气循环回路；环形散热器(1)环形缠绕尾喷管的外部；座舱换热器(3)用于将回收的尾气热量传递至座舱中，进行座舱加温；
环形散热器(1)和座舱换热器(3)之间的连接管道上安装有压力传感器(6)、温度传感器(7)，分别用于采集经过尾喷管之后的压缩空气的压力和温度，并反馈给控制器(5)；控制器(5)根据接收的压力和温度信号，控制空气压缩机(4)的转速，以调整空气循环回路的空气质量流量。
2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括膨胀罐(2)，膨胀罐(2)与环形缠绕尾喷管之后的管道连通，并与座舱换热器(3)连通；膨胀罐(2)用于实现整个空气循环回路的压力稳定，并对空气循环回路进行压缩空气的补充、排放冷凝水。
3.根据权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，所述膨胀罐(2)包括罐体(20)、弹簧(21)和隔板(22)；弹簧(21)的一端固定于罐体(20)，另一端连接隔板(22)；隔板(22)用于将罐体(20)分割为膨胀腔和储能腔；膨胀腔的通气口与空气循环回路的管道连接；当空气循环回路的压力上升时，挤压隔板(22)，将空气压力能转化为弹簧机械能；当空气循环回路的压力下降时，弹簧恢复，将弹簧机械能转化为空气压力能。
4.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述环形散热器(1)和尾喷管集成一体化设计，避免产生尾喷管的排气阻力，同时回收尾期中的热量。
5.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，座舱换热器(3)的进气口设置有风源阀门，用于实现座舱内部气体和外部气体的切换。
6.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，空气压缩机(4)位于座舱外，空气压缩机(4)的进气来源于座舱换热器(3)的出气，以实现降温后循环空气进行压缩，提高空气压缩机(4)单位耗能下压缩空气质量流量。
7.根据权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，环形散热器(1)包括多组并连散热管道；每组散热管道均环形缠绕尾喷管，并与空气压缩机(4)、膨胀罐(2)连通。
8.一种基于发动机尾气热量回收的控制方法，采用权利要求1至7任一项所述的热管理系统，其特征在于，所述方法包括：
通过地面试验，获取不同温度和压力组合下空气压缩机不同转速下所排出的压缩空气质量流量，建立温度、压力和压缩机转速对照表；
热管理系统循环工作时，控制器(5)接收压力传感器(6)、温度传感器(7)反馈的压力信号和温度信号，查询所述对照表得到空气压缩机的理论转速，并对空气压缩机(4)进行控制，使其接近理论转速。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN102874410A (zh) * | 2012-09-14 | 2013-01-16 | 北京航空航天大学 | 一种由高速电机驱动的空气循环制冷系统 |
| CN207482197U (zh) * | 2017-10-25 | 2018-06-12 | 新乡航空工业(集团)有限公司 | 一种回收发动机尾气热量的座舱加温系统 |
| CN110304261A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-10-08 | 南京航空航天大学 | 一种飞机发动机尾气回收式燃油箱惰化系统 |
| EP3572329A1 (en) * | 2018-05-24 | 2019-11-27 | Rolls-Royce plc | Aircraft environmental control system |
| CN110901925A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-03-24 | 南京航空航天大学 | 一种直升机多舱双制式环境控制系统 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102874410A (zh) * | 2012-09-14 | 2013-01-16 | 北京航空航天大学 | 一种由高速电机驱动的空气循环制冷系统 |
| CN207482197U (zh) * | 2017-10-25 | 2018-06-12 | 新乡航空工业(集团)有限公司 | 一种回收发动机尾气热量的座舱加温系统 |
| EP3572329A1 (en) * | 2018-05-24 | 2019-11-27 | Rolls-Royce plc | Aircraft environmental control system |
| CN110304261A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-10-08 | 南京航空航天大学 | 一种飞机发动机尾气回收式燃油箱惰化系统 |
| CN110901925A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-03-24 | 南京航空航天大学 | 一种直升机多舱双制式环境控制系统 |
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