CN116292530A - 一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构和方法 - Google Patents

一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构和方法 Download PDF

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CN116292530A CN202211741700.7A CN202211741700A CN116292530A CN 116292530 A CN116292530 A CN 116292530A CN 202211741700 A CN202211741700 A CN 202211741700A CN 116292530 A CN116292530 A CN 116292530A
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陶瑜华
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刘永绩
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Abstract

本发明属于航空领域，涉及一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构和方法。可以根据时机和温度选择散热方式和散热途径，增加散热效率。本发明方法包括：在起飞、巡航、返航的亚音速飞行阶段，将机外冷空气作为备用冷源，采用蒙皮散热器对滑油、液压油和燃油进行散热；当进入超音速飞行阶段，关闭蒙皮散热器，利用燃油对滑油、液压油进行散热。本发明采用燃油降温加蒙皮散热器降温方式，根据不同飞行阶段和温度情况采取不同冷源对液压、滑油等流体系统散热方式和散热途径进行综合控制，为机上热负载提供冷源，最大效率地利用机上散热能力。

Description

一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构和方法
技术领域
本发明属于航空领域，涉及一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构和方法。
背景技术
随着飞机性能的强化，飞机热负载越来越大，散热能力趋于饱和；现役飞机燃油热沉通常采用机表开口引入冲压空气等方式增加机上散热能力，不利于飞机气动减阻；现役液压和滑油系统通常采用燃油-液压油散热器和燃油-滑油散热器分别对液压、滑油散热，对机上散热能力利用率不高、在热负载较大的情况下使燃油温度超温，对发动机产生不利影响。
申请公布号CN208258272U专利中，采用蒙皮散热器的方法来对降温，这种方法虽然增加了机上散热能力，但在超音速飞行时，蒙皮温度较高，反而升高了油液温度。
发明内容
本发明的目的：一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构和方法，可以根据时机和温度选择散热方式和散热途径，增加散热效率。
本发明的技术方案：
一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构，包括：
液压散热结构、滑油散热结构、燃油散热结构；
液压散热结构设置液压油散热支路和液压油内循环支路，两个支路都通过热交换装置与燃油散热结构连接；
滑油散热结构设置滑油散热支路和滑油内循环支路，两个支路都通过热交换装置与燃油散热结构连接；
燃油散热结构设置燃油散热支路和燃油内循环支路，两个支路都通过热交换装置与液压散热结构和滑油散热结构连接；
亚音速飞行阶段，液压散热结构关闭液压油内循环支路，通过液压油散热支路为液压油降温，滑油散热结构关闭滑油内循环支路，通过滑油散热支路为滑油降温，燃油散热结构关闭燃油散热支路，通过燃油散热支路为燃油降温；
超音速飞行阶段，液压散热结构关闭液压油散热支路，开启液压油内循环支路，滑油散热结构关闭滑油散热支路，开启滑油内循环支路，燃油散热结构关闭燃油散热支路，开启燃油内循环支路，燃油散热结构通过热交换装置为液压散热结构内的液压油和滑油散热结构中的滑油散热。
液压散热结构选择液压油散热支路，滑油散热结构选择滑油散热支路，燃油散热结构选择燃油内循环支路；当液压油、滑油温度低于燃油温度时，液压散热结构和滑油散热结构通过热交换装置为燃油散热结构中的燃油散热。
燃油散热结构连接其它热负载，为其它热负载降温。
液压散热结构包括：燃油/液压油散热器1、液压油蒙皮散热器3、液压控制阀门5；
液压控制阀门5入口与液压回油连接，液压控制阀门5一个出口与液压油蒙皮散热器3入口连接，液压油蒙皮散热器3出口与燃油/液压油散热器1的液压油路入口连接，燃油/液压油散热器1的液压油路出口与液压油箱连接，液压控制阀门5的另一个出口直接与燃油/液压油散热器1的液压油路入口连接。
滑油散热结构包括：燃油/滑油散热器2、滑油蒙皮散热器4、滑油控制阀门6；
滑油控制阀门6入口与滑油出口连接，滑油控制阀门6一个出口与滑油蒙皮散热器4入口连接，滑油蒙皮散热器4出口与燃油/滑油散热器2的滑油油路入口连接，燃油/滑油散热器2的滑油油路出口与滑油箱连接，滑油控制阀门6的另一个出口直接与燃油/滑油散热器2的滑油油路入口连接。
燃油散热结构包括：燃油控制阀门7、燃油蒙皮散热器8、燃油温度控制阀门9；
燃油控制阀门7入口与燃油出口连接，燃油控制阀门7一个出口与燃油蒙皮散热器8入口连接，燃油蒙皮散热器8出口与燃油箱入口连接，燃油箱一个出口与燃油温度控制阀门9入口连接，燃油温度控制阀门9出口与供油箱入口连接；燃油箱另一个出口与燃油/液压油散热器1的燃油入口连接，燃油/液压油散热器1的燃油出口与燃油/滑油散热器2的燃油入口连接，燃油/滑油散热器2的燃油出口与供油箱入口连接；供油箱出口与发动机连接。
燃油/液压油散热器1的燃油出口与燃油/滑油散热器2的燃油入口之间串接有其它热负载。
其它热负载与燃油/液压油散热器1的燃油出口之间设置燃油温度分控制阀门，所述燃油温度分控制阀门单向输入端与燃油/液压油散热器1的燃油出口连接，所述燃油温度分控制阀门单向输出端与其它热负载连接，所述燃油温度分控制阀门双向输入输出端与储冷油箱连接；
其它热负载与燃油/滑油散热器2的燃油入口之间设置燃油温度分控制阀门，所述燃油温度分控制阀门一路单向输入端与其它热负载连接，所述燃油温度分控制阀门单向输出端与燃油/滑油散热器2的燃油入口连接，所述燃油温度分控制阀门另一路单向输入端与储冷油箱连接；
燃油/滑油散热器2的燃油出口与供油箱之间设置燃油温度分控制阀门，所述燃油温度分控制阀门一路单向输入端与燃油/滑油散热器2的燃油出口连接，所述燃油温度分控制阀门单向输出端与供油箱连接，所述燃油温度分控制阀门双向输入输出端与储冷油箱连接。
一种多冷源串并联式流体系统可控散热方法，包括：
在起飞、巡航、返航的亚音速飞行阶段，将机外冷空气作为备用冷源，采用蒙皮散热器对滑油、液压油和燃油进行散热；当进入超音速飞行阶段，关闭蒙皮散热器，利用燃油对滑油、液压油进行散热。
在使用液压油、滑油蒙皮散热器时，当液压油、滑油温度低于燃油温度时，用液压油、滑油为燃油散热，进行燃油蓄冷。
本发明的有益效果：
本发明采用燃油降温加蒙皮散热器降温方式，根据不同飞行阶段和温度情况采取不同冷源对液压、滑油等流体系统散热方式和散热途径进行综合控制，在起飞、巡航、返航的亚音速飞行阶段通过蒙皮散热器对液压油和滑油进行空气-油液热交换，不增加引气口，并可以反过来为燃油蓄热，在超音速飞行阶段关闭蒙皮散热器，采用机上燃油散热；同时，针对燃油散热系统，利用串联和并联相结合的方式，为机上热负载提供冷源，最大效率地利用机上散热能力。
附图说明
图1为本发明液压油、滑油散热系统示意图。
图2为本发明燃油热管理循环示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的总体思路为：
在起飞、巡航、返航的亚音速飞行阶段，将机外冷空气作为备用冷源，采用蒙皮散热器对滑油、液压油和燃油进行散热，油液通过冷板，把热量传给蒙皮，再由蒙皮导入到机外高速冷气流，从而降低流体系统温度，增加机内散热能力；进一步地，当进入超音速飞行阶段，关闭蒙皮散热器，利用燃油对滑油、液压油进行散热；进一步地，在使用液压油、滑油蒙皮散热器时，当液压油、滑油温度低于燃油温度时，可反过来为燃油散热，进行燃油蓄冷，以方便燃油为机上其它热负载散热；进一步地，根据热负载出口燃油温度，对发动机入口燃油温度进行调节，利用串联管路方式进行。
聚体实现时，本发明一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构，包括：
液压散热结构、滑油散热结构、燃油散热结构；
液压散热结构设置液压油散热支路和液压油内循环支路，两个支路都通过热交换装置与燃油散热结构连接；
滑油散热结构设置滑油散热支路和滑油内循环支路，两个支路都通过热交换装置与燃油散热结构连接；
燃油散热结构设置燃油散热支路和燃油内循环支路，两个支路都通过热交换装置与液压散热结构和滑油散热结构连接；
亚音速飞行阶段，液压散热结构关闭液压油内循环支路，通过液压油散热支路为液压油降温，滑油散热结构关闭滑油内循环支路，通过滑油散热支路为滑油降温，燃油散热结构关闭燃油散热支路，通过燃油散热支路为燃油降温；
超音速飞行阶段，液压散热结构关闭液压油散热支路，开启液压油内循环支路，滑油散热结构关闭滑油散热支路，开启滑油内循环支路，燃油散热结构关闭燃油散热支路，开启燃油内循环支路，燃油散热结构通过热交换装置为液压散热结构内的液压油和滑油散热结构中的滑油散热。
液压散热结构选择液压油散热支路，滑油散热结构选择滑油散热支路，燃油散热结构选择燃油内循环支路；当液压油、滑油温度低于燃油温度时，液压散热结构和滑油散热结构通过热交换装置为燃油散热结构中的燃油散热。
燃油散热结构连接其它热负载，为其它热负载降温。
上述结构的工程化实现，参阅图1、图2。图1是面向红外隐身的液压油/滑油散热系统的原理图，包括燃油/液压油散热器1、燃油/滑油散热器2、液压油蒙皮散热器3、滑油蒙皮散热器4、液压控制阀门5、滑油控制阀门6、液压油箱、滑油箱。图2是燃油热管理系统架构图，包括燃油控制阀门7、燃油蒙皮散热器8、燃油温度控制阀门9～、燃油温度控制阀门N+8。燃油/液压油散热器1包括液压油腔和燃油腔，液压油和燃油通过翅片等进行热交换；燃油/滑油散热器2包括滑油腔和燃油腔，滑油和燃油通过翅片等进行热交换。
1.在液压油、滑油散热系统中
液压散热结构包括：燃油/液压油散热器1、液压油蒙皮散热器3、液压控制阀门5；
液压控制阀门5入口与液压回油连接，液压控制阀门5一个出口与液压油蒙皮散热器3入口连接，液压油蒙皮散热器3出口与燃油/液压油散热器1的液压油路入口连接，燃油/液压油散热器1的液压油路出口与液压油箱连接，液压控制阀门5的另一个出口直接与燃油/液压油散热器1的液压油路入口连接。
滑油散热结构包括：燃油/滑油散热器2、滑油蒙皮散热器4、滑油控制阀门6；
滑油控制阀门6入口与滑油出口连接，滑油控制阀门6一个出口与滑油蒙皮散热器4入口连接，滑油蒙皮散热器4出口与燃油/滑油散热器2的滑油油路入口连接，燃油/滑油散热器2的滑油油路出口与滑油箱连接，滑油控制阀门6的另一个出口直接与燃油/滑油散热器2的滑油油路入口连接。
当需要蒙皮散热时，液压控制阀门4、滑油控制阀门5的P、T端连通、A端关闭，液压油、滑油流经液压油蒙皮散热器3、滑油蒙皮散热器4，利用机外空气气流带走液压油、滑油油液热量。由于蒙皮散热器受布置位置、面积、气流速度、环境温度影响，当经过蒙皮散热器后，液压油或滑油油液温度高于散热器燃油腔的燃油入口温度时，燃油通过液压/燃油散热器1或滑油/燃油散热器2的燃油腔继续为液压油或滑油散热；当经过蒙皮散热器后液压油或滑油油液温度低于燃油/液压油散热器或燃油/滑油散热器燃油腔的入口燃油温度时，液压油和滑油分别通过液压/燃油散热器1的液压油腔、滑油/燃油散热器2的滑油腔为燃油散热蓄冷，给燃油提供热沉，以便为其它热负载散热。
当需要降低红外辐射、保持机表低温时，液压控制阀门4、关闭控制阀门5的P、A端连通，T端关闭，燃油通过燃油/液压油散热器1、燃油/滑油散热器2为液压油、滑油散热。
2.参阅图2，在燃油热管理系统中：
燃油散热结构包括：燃油控制阀门7、燃油蒙皮散热器8、燃油温度控制阀门9；
燃油控制阀门7入口与燃油出口连接，燃油控制阀门7一个出口与燃油蒙皮散热器8入口连接，燃油蒙皮散热器8出口与燃油箱入口连接，燃油箱一个出口与燃油温度控制阀门9入口连接，燃油温度控制阀门9出口与供油箱入口连接；燃油箱另一个出口与燃油/液压油散热器1的燃油入口连接，燃油/液压油散热器1的燃油出口与燃油/滑油散热器2的燃油入口连接，燃油/滑油散热器2的燃油出口与供油箱入口连接；供油箱出口与发动机连接。
燃油/液压油散热器1的燃油出口与燃油/滑油散热器2的燃油入口之间串接有其它热负载。
其它热负载与燃油/液压油散热器1的燃油出口之间设置燃油温度分控制阀门，所述燃油温度分控制阀门单向输入端与燃油/液压油散热器1的燃油出口连接，所述燃油温度分控制阀门单向输出端与其它热负载连接，所述燃油温度分控制阀门双向输入输出端与储冷油箱连接；
其它热负载与燃油/滑油散热器2的燃油入口之间设置燃油温度分控制阀门，所述燃油温度分控制阀门一路单向输入端与其它热负载连接，所述燃油温度分控制阀门单向输出端与燃油/滑油散热器2的燃油入口连接，所述燃油温度分控制阀门另一路单向输入端与储冷油箱连接；
燃油/滑油散热器2的燃油出口与供油箱之间设置燃油温度分控制阀门，所述燃油温度分控制阀门一路单向输入端与燃油/滑油散热器2的燃油出口连接，所述燃油温度分控制阀门单向输出端与供油箱连接，所述燃油温度分控制阀门双向输入输出端与储冷油箱连接。
(1)当需要蒙皮散热时，打开燃油控制阀门7，利用机外空气对油液散热；当需要降低红外辐射、保持机表低温时，关闭燃油控制阀门7。
(2)燃油从燃油箱出来之后，(a)如果燃油/液压油散热器、燃油/滑油散热器出口温度高于燃油箱温度，则燃油经支路1向燃油/液压油散热器等热负载提供冷源，如果各热负载的燃油出口温度均未超过下一热负载入口门限值，则温度控制阀门10、11、……、N+7、N+8关闭，保证燃油热沉充分高效利用；如果燃油/液压油散热器出口油液温度超过其它热负载入口门限值时，燃油温度控制阀门8打开，储冷油箱的油经支路2直接向下游热负载补充冷油；如此类推，当最末一个热负载的燃油出口温度超过供油箱入口温度门限值时，储冷油箱经支路N向发动机入口补充冷油。(b)如果如果燃油/液压油散热器、燃油/滑油散热器燃油出口温度低于燃油箱温度，则经由相应支路2和支路N-1给储冷油箱的燃油降温，此时若主支路回到供油箱的油量不足，则打开燃油控制阀9，向供油箱补油。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构，其特征在于，包括：
液压散热结构、滑油散热结构、燃油散热结构；
液压散热结构设置液压油散热支路和液压油内循环支路，两个支路都通过热交换装置与燃油散热结构连接；
滑油散热结构设置滑油散热支路和滑油内循环支路，两个支路都通过热交换装置与燃油散热结构连接；
燃油散热结构设置燃油散热支路和燃油内循环支路，两个支路都通过热交换装置与液压散热结构和滑油散热结构连接；
亚音速飞行阶段，液压散热结构关闭液压油内循环支路，通过液压油散热支路为液压油降温，滑油散热结构关闭滑油内循环支路，通过滑油散热支路为滑油降温，燃油散热结构关闭燃油散热支路，通过燃油散热支路为燃油降温；
超音速飞行阶段，液压散热结构关闭液压油散热支路，开启液压油内循环支路，滑油散热结构关闭滑油散热支路，开启滑油内循环支路，燃油散热结构关闭燃油散热支路，开启燃油内循环支路，燃油散热结构通过热交换装置为液压散热结构内的液压油和滑油散热结构中的滑油散热。
2.如权利要求1所述的一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构，其特征在于，
液压散热结构选择液压油散热支路，滑油散热结构选择滑油散热支路，燃油散热结构选择燃油内循环支路；当液压油、滑油温度低于燃油温度时，液压散热结构和滑油散热结构通过热交换装置为燃油散热结构中的燃油散热。
3.如权利要求2所述的一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构，其特征在于，燃油散热结构连接其它热负载，为其它热负载降温。
4.如权利要求1所述的一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构，其特征在于，
液压散热结构包括：燃油/液压油散热器[1]、液压油蒙皮散热器[3]、液压控制阀门[5]；
液压控制阀门[5]入口与液压回油连接，液压控制阀门[5]一个出口与液压油蒙皮散热器[3]入口连接，液压油蒙皮散热器[3]出口与燃油/液压油散热器[1]的液压油路入口连接，燃油/液压油散热器[1]的液压油路出口与液压油箱连接，液压控制阀门[5]的另一个出口直接与燃油/液压油散热器[1]的液压油路入口连接。
5.如权利要求1所述的一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构，其特征在于，
滑油散热结构包括：燃油/滑油散热器[2]、滑油蒙皮散热器[4]、滑油控制阀门[6]；
滑油控制阀门[6]入口与滑油出口连接，滑油控制阀门[6]一个出口与滑油蒙皮散热器[4]入口连接，滑油蒙皮散热器[4]出口与燃油/滑油散热器[2]的滑油油路入口连接，燃油/滑油散热器[2]的滑油油路出口与滑油箱连接，滑油控制阀门[6]的另一个出口直接与燃油/滑油散热器[2]的滑油油路入口连接。
6.如权利要求1所述的一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构，其特征在于，
燃油散热结构包括：燃油控制阀门[7]、燃油蒙皮散热器[8]、燃油温度控制阀门[9]；
燃油控制阀门[7]入口与燃油出口连接，燃油控制阀门[7]一个出口与燃油蒙皮散热器[8]入口连接，燃油蒙皮散热器[8]出口与燃油箱入口连接，燃油箱一个出口与燃油温度控制阀门[9]入口连接，燃油温度控制阀门[9]出口与供油箱入口连接；燃油箱另一个出口与燃油/液压油散热器[1]的燃油入口连接，燃油/液压油散热器[1]的燃油出口与燃油/滑油散热器[2]的燃油入口连接，燃油/滑油散热器[2]的燃油出口与供油箱入口连接；供油箱出口与发动机连接。
7.如权利要求6所述的一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构，其特征在于，燃油/液压油散热器[1]的燃油出口与燃油/滑油散热器[2]的燃油入口之间串接有其它热负载。
8.如权利要求6所述的一种多冷源串并联式流体系统可控散热结构，其特征在于，
其它热负载与燃油/液压油散热器[1]的燃油出口之间设置燃油温度分控制阀门，所述燃油温度分控制阀门单向输入端与燃油/液压油散热器[1]的燃油出口连接，所述燃油温度分控制阀门单向输出端与其它热负载连接，所述燃油温度分控制阀门双向输入输出端与储冷油箱连接；
其它热负载与燃油/滑油散热器[2]的燃油入口之间设置燃油温度分控制阀门，所述燃油温度分控制阀门一路单向输入端与其它热负载连接，所述燃油温度分控制阀门单向输出端与燃油/滑油散热器[2]的燃油入口连接，所述燃油温度分控制阀门另一路单向输入端与储冷油箱连接；
燃油/滑油散热器[2]的燃油出口与供油箱之间设置燃油温度分控制阀门，所述燃油温度分控制阀门一路单向输入端与燃油/滑油散热器[2]的燃油出口连接，所述燃油温度分控制阀门单向输出端与供油箱连接，所述燃油温度分控制阀门双向输入输出端与储冷油箱连接。
9.一种多冷源串并联式流体系统可控散热方法，其特征在于，包括：
在起飞、巡航、返航的亚音速飞行阶段，将机外冷空气作为备用冷源，采用蒙皮散热器对滑油、液压油和燃油进行散热；当进入超音速飞行阶段，关闭蒙皮散热器，利用燃油对滑油、液压油进行散热。
10.如权利要求9所述的一种多冷源串并联式流体系统可控散热方法，其特征在于，
在使用液压油、滑油蒙皮散热器时，当液压油、滑油温度低于燃油温度时，用液压油、滑油为燃油散热，进行燃油蓄冷。
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