CN116424558A - 飞机冲压空气进气系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞机冲压空气进气系统及控制方法。该系统包括冲压空气进气口和应急冲压调节活门。冲压空气进气口的上游侧连通外界大气，冲压空气进气口的下游侧连接换热冲压空气管路和应急冲压空气管路，换热冲压空气管路布置成提供换热冲压空气，应急冲压空气管路布置成向飞机座舱提供应急冲压空气。应急冲压调节活门布置在应急冲压空气管路中以控制应急冲压空气管路的通断。采用根据本发明的飞机冲压空气进气系统更为经济和安全，此外，也提高了飞机座舱的舒适性。

Description

飞机冲压空气进气系统及控制方法

技术领域

本发明涉及航空环境控制系统领域，更具体地说，涉及一种用于商用飞机冲压空气进气系统及相关控制方法。

背景技术

飞机在地面和空中的使用过程中时，机组人员和乘客所在的座舱需供入大量的空气以保持适宜的环境条件。正常飞行情况下，座舱供气由空调系统的空调组件将上游气源系统的高温高压气体通过与外界冲压空气换热调节后完成。当飞行过程中空调组件或上游气源系统故障而无法向座舱提供适宜温度的气体时，飞机通常会快速下降并打开应急冲压空气进气口进行应急通风供气。因此，飞机冲压空气系统提供的空气会在两种场景下发挥了两种不同的用途，即在正常飞行情况下，用于与高温气体换热带走热量；在空调组件无法工作情况下，用于提供应急通风供入座舱。

目前，飞机的冲压空气进气系统通常分为冲压空气进气口和应急冲压空气进气口，其实际发挥功能均为冲压空气进气，飞机上需要设置两个独立装置，且下游管路不共用，由于这两个装置发挥作用的场景刚好相反，并不会同时工作，这造成了设备和下游管路的冗余，重量增加。该两个装置均需在飞机蒙皮开口，造成了飞机表面的气动性能下降。

另一方面，目前飞机上通常只设置一个应急冲压空气进气口，为了满足飞机安全性要求，对该应急冲压空气进气装置的可靠性要求高，相应地制造成本较高。

考虑到冲压空气进气口和应急冲压空气进气口的应用场景不重叠，且发挥功能相同，且通常飞机具备两个冲压空气进气口，通过一种冲压空气进气装置和方法，实现冲压空气进气和应急冲压空气进气两种功能。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种飞机冲压空气进气系统，该系统包括：冲压空气进气口，冲压空气进气口的上游侧连通外界大气，冲压空气进气口的下游侧连接换热冲压空气管路和应急冲压空气管路，换热冲压空气管路布置成提供换热冲压空气，应急冲压空气管路布置成向飞机座舱提供应急冲压空气；以及应急冲压调节活门，应急冲压调节活门布置在应急冲压空气管路中以控制应急冲压空气管路的通断。

根据本发明的另一个方面，系统的换热冲压空气管路连通到飞机的空调组件，并且，空调组件接收来自飞机的高温高压气源的气体，来自换热冲压空气管路的外界冲压空气与来自高温高压气源的气体换热后向外界排出。

根据本发明的再一个方面，冲压空气进气口包括第一冲压空气进气口和第二冲压空气进气口，空调组件包括第一空调组件和第二空调组件，其中第一冲压空气进气口布置成向第一空调组件提供换热冲压空气，第二冲压空气进气口布置成向第二空调组件提供换热冲压空气。

根据本发明的再一个方面，应急冲压调节活门包括第一应急冲压调节活门和第二应急冲压调节活门，第一应急冲压调节活门布置在第一冲压空气进气口的应急冲压空气管路中；第二应急冲压调节活门布置在第一冲压空气进气口的应急冲压空气管路中。

根据本发明的再一个方面，系统的还包括混合腔，混合腔连通空调组件以接收经空调组件处理的气流，混合腔的出口连通飞机座舱，并且混合腔在应急冲压调节活门的下游与应急冲压空气管路连通，应急冲压空气经由应急冲压调节活门流入混合腔。

根据本发明的再一个方面，系统还包括控制装置，控制装置连接冲压空气进气口、应急冲压调节活门和空调组件。

根据本发明的再一个方面，冲压空气进气口具有开度可调的阀门装置，控制装置连接到阀门装置并能够对阀门装置的开度进行控制。

根据本发明的再一个方面，系统还包括用于打开应急冲压调节活门的应急风门按钮，系统的控制装置连接到应急风门钮。

根据本发明的再一个方面，应急冲压调节活门具有可调节的开度，根据环境温度的变化，应急冲压调节活门的开度被自动调节。

此外，本发明还提供了一种利用飞机冲压空气进气系统控制飞机冲压空气进气的方法。

飞机冲压空气进气系统通常包括第一冲压空气进气装置和第二冲压空气进气装置，并进一步包括控制装置。第一冲压空气进气装置包括：第一冲压空气进气口，第一冲压空气进气口上游侧连通外界大气，第一冲压空气进气口的下游侧连接第一换热冲压空气管路和第二应急冲压空气管路，其中第一换热冲压空气管路用于向第一空调组件提供外界气体；和第一应急冲压调节活门，第一冲压空气进气口通过第一应急冲压空气管路连接到第一应急冲压调节活门。第二冲压空气进气装置包括：第二冲压空气进气口，第二冲压空气进气口上游侧连通外界大气，第二冲压空气进气口的下游侧连接第二换热冲压空气管路和第二应急冲压空气管路，其中第二换热冲压空气管路用于向第二空调组件提供外界气体；和第二应急冲压调节活门，第二冲压空气进气口通过第二应急冲压空气管路连接到第二应急冲压调节活门；系统控制装置能够对第一冲压空气进气口、第二冲压空气进气口、第一空调组件、第二空调组件、第一应急冲压调节活门和第二应急冲压调节活门进行控制。

对于上述飞机冲压空气进气系统，根据本发明的方法至少包括第一冲压空气模式、第二冲压空气模式以及应急冲压空气模式。在第一冲压空气模式中，控制装置控制第一应急冲压调节活门和第二应急冲压调节活门关闭。在第二冲压空气模式中，第一空调组件关闭，控制装置控制第一冲压空气进气口和第一应急冲压调节活门关闭。在应急冲压空气模式中，控制装置控制第一冲压空气进气口和第二冲压空气进气口打开，并且控制第一应急冲压调节活门和第二应急冲压调节活门打开，并且第一空调组件和第二空调组件被关闭。

较佳地，应急风门按钮51被致动时，应急冲压空气模式被启动。

由于，本发明的系统中的应急冲压调节活门通过应急冲压空气管路布置在冲压空气进气口的下游，飞机蒙皮表面仅需设置一个进气口，共用下游管路，实现空调组件正常运行时的换热需求以及空调组件无法工作时的应急通风需求，并且也减轻的飞机的重量。

此外，在较佳实施例的系统中，由于具有两个冲压空气进气装置，该系统提供了更高的安全性，第一和第二冲压空气进气装置均能提供应急冲压空气进气口，互为备份，提高了应急通风系统的冗余度，提高了飞机安全性。此外，由于应急冲压空气进气口从原来的一个变为两个，进气量增大，供入座舱的新鲜空气浓度提高，提高了座舱舒适性。

另一方面，本发明中的应急冲压调节活门具有可调节的开度，该根据环境温度的变化系统能够自动地调节应急冲压调节活门的开度，由此，可以根据环境温度不同而控制供入座舱的应急通风流量，从而实现自动控制，驾驶员无需根据座舱实际温度判断应急通风开关的闭合，降低驾驶员的工作负荷，同时也提高座舱的温度舒适性。

附图说明

为了更完全理解本发明，可参考结合附图来考虑示例性实施例的下述描述，附图中：

图1示出了根据本发明的较佳实施方式的飞机冲压空气进气系统的示意框图。

附图标记列表

10第一冲压空气进气装置

11 第一冲压空气进气口

12 第一应急冲压关断阀门

13 第一应急冲压空气管路

14第一换热冲压空气管路

15第一空调组件

20第二冲压空气进气装置

21 第二冲压空气进气口

22 第二应急冲压关断阀门

23 第二应急冲压空气管路

24第二换热冲压空气管路

25第二空调组件

30混合腔

40座舱

50控制装置

51应急风门按钮

60 外界大气

70 高温高压系统

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施。

图1示出了根据本发明的较佳实施方式的飞机冲压空气进气系统的示意框图。该飞机冲压空气进气系统包括两个冲压空气进气装置，即第一冲压空气进气装置10和第二冲压空气进气装置20，两个冲压空气进气装置10和20分别为两套空调组件15和25提供换气气流。

如图1的上半部分所示，第一冲压空气进气装置10包括第一冲压空气进气口11和第一应急冲压调节活门12。第一冲压空气进气口11的上游侧连通外界大气60，第一冲压空气进气口11的下游侧分别连接第一换热冲压空气管路14和第一应急冲压空气管路13。两条管路13和14是相互独立的。应当理解，在实际使用中，两条管路13和14和进气口11之间可以通过铺设共用的管路连接。第一换热冲压空气管路14连通到第一空调组件15，其布置成向第一空调组件15提供换热冲压空气。第一应急冲压空气管路13布置成向飞机座舱40提供应急冲压空气。第一急冲压关断活门12布置在第一应急冲压空气管路13中，用于可控地关断和打开第一应急冲压空气管路13。

相应的，如图1的下半部分所示，第二冲压空气进气装置20包括第二冲压空气进气口21和第二应急冲压调节活门22。第二冲压空气进气口21的上游侧连通外界大气60，第二冲压空气进气口21的下游侧分别连接第二换热冲压空气管路24和第二应急冲压空气管路23。两条应急冲压空气路23和24是相互独立的，其中的气流可以被单独控制。第二换热冲压空气管路24连通到第二空调组件25，其布置成向第二空调组件25提供换热冲压空气。第二应急冲压空气管路23布置成向飞机座舱40提供应急冲压空气。第二急冲压关断活门22布置在第二应急冲压空气管路23中，用于可控地关断和打开第二应急冲压空气管路。

进一步如图1所示，飞机冲压空气进气系统还包括一个混合腔30，第一空调组件15和第二空调组件25通过相应的管路连接到该混合腔30。同时，第一应急冲压空气管路13和第二应急冲压空气管路23也连通该混合腔30。混合腔30能够将来自第一空调组件15和第二空调组件25的气流混合后通入飞机座舱40。

在第一冲压空气进气装置10和第二冲压空气装置20中分别增加了应急冲压空气管路13和23，用于连接冲压空气出口到混合腔30，并在应急冲压空气管路13和23上增加了应急冲压调节活门12和22，从而实现不同场景下气体流动模式的切换。

根据本发明较佳实施例，应急冲压调节活门12和22具有可调节的开度，该根据环境温度的变化系统能够自动地调节应急冲压调节活门的开度，当外界大气温度较低时，应急冲压调节活门12和22的开度被自动调节而减小，当外界大气温度相对较高时，应急冲压调节活门12和22的开度被自动调节而增大。由此，通过应急冲压调节活门12和22开度的自动调节，供入座舱的应急通风流量被自动控制。

此外，第一空调组件15和第二空调组件25具有冷边流路进出口和热边流路进出口。冷边流路进出口分别连通冲压空气进气口11、21和外界大气60，热边流路进出口分别通过管路连接到飞机中的高温高压气源70和下游的混合腔30。高温高压气源70通常包括飞机主发动机、APU或者地面高温高压气源。在空调组件15和25的正常运行过程中，冷边流路中通过的低温气流和热边流路中通过的高温气流在第一和第二空调组件15、25中实现热交换，热边流路中的高温高压气体温度和压力适当降低且被送入混合腔30，在经进一步混合后送入飞机座舱40。与此同时，热边流路中的气流在进行热交换之后被排出到外界大气60。

此外，如图1所示，飞机冲压空气进气系统还包括控制装置50，该控制装置50可操控地连接第一和第二冲压空气进气口11、21、第一和第二应急冲压调节活门12、22以及第一和第二空调组件15、25。控制装置50布置成对第一和第二冲压空气进气口11、21的开度可调的阀门装置的开度进行调节，从而控制从冲压空气进气口11、21进入到空调组件15、25的气流流量，并进而控制空调组件15、25向飞机座舱40提供的气体的温度。控制装置50还布置成能够对两个应急冲压调节活门12、22的打开和关闭进行控制。控制装置50与两个空调组件15、25的控制连接使得能够对空调组件15、25的开关进行控制，并且也能够接收空调组件15、25的运行状态，以便相应地对冲压空气进气系统的运行模式进行控制。

此外，飞机冲压空气进气系统还包括应急风门按钮51，应急风门按钮51与控制装置连接。应急风门按钮51通常被人工操作，当按钮51被致动时，飞机冲压空气进气系统将进入应急冲压空气模式，以向座舱40提供应急冲压空气。

根据本发明的飞机冲压空气进气系统可以根据两个空调组件15、16是否工作和是否需要开启应急通风的多种场景选择冲压空气进气口的开度和应急冲压调节活门的开关状态，因而适用于多种不同的场景。

具体而言，采用根据图1所示的飞机冲压空气进气系统可以用来执行如下的飞机冲压空气进气方法，该方法包括以下多个工作模式：第一冲压空气模式、第二冲压空气模式和应急冲压空气模式。第一冲压空气模式为双侧空调组件工作模式，在第一冲压空气模式中，控制装置控制第一应急冲压调节活门12和第二应急冲压调节活门22关闭，而第一冲压空气进气口11和第二冲压空气进气口21处于打开状态，并正常地向第一空调组件15和第二空调组件25提供外界空气实现热交换。第二冲压空气模式为单侧空调组件工作模式，在第二冲压空气模式中，第一空调组件15处于关闭状态或非正常工作状态，控制装置50控制第一冲压空气进气口11和第一应急冲压调节活门12关闭，飞机座舱40仅由第二空调组件25供气。在应急冲压空气模式中，控制装置50使第一冲压空气进气口11和第二冲压空气进气口21打开以及使第一应急冲压调节活门12和第二应急冲压调节活门22打开，此时第一空调组件和第二空调组件15、25处于关闭或不工作的状态，应急冲压空气同时通过应急冲压空气管路13和23进入混合腔30，并进一步被送入座舱40。

通常，应急冲压空气模式是通过人工地致动应急风门按钮51而触发的。

本发明较佳实施例的飞机冲压空气进气系统具有分别对两个空调组件进行空气冲压操作和控制的两个冲压空气进气装置。应当理解，在替代实施方式中，在飞机具有一个空调组件的情况下，系统也可仅包括一个冲压空气进气装置，即，系统包括单个冲压空气进气口，该进气口分别以通过各自的管路连接到下游的空调组件的应急冲压调节活门。这样，飞机蒙皮表面仅需设置一个接口，共用下游管路，实现空调组件正常运行时的换热需求以及空调组件无法工作时的应急通风需求，并且也减轻的飞机的重量。

采用根据本发明较佳实施例的具有两个冲压空气进气装置10、20的飞机冲压空气进气系统，该系统提供了更高的安全性，第一和第二冲压空气进气装置10、20均能提供应急冲压空气进气口15、25，互为备份，提高了应急通风系统的冗余度，提高了飞机安全性。此外，由于应急冲压空气进气口从原来的一个变为两个，进气量增大，供入座舱40的新鲜空气浓度提高，提高了座舱40舒适性。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞机冲压空气进气系统，包括：

冲压空气进气口，所述冲压空气进气口的上游侧连通外界大气，所述冲压空气进气口的下游侧连接换热冲压空气管路和应急冲压空气管路，所述换热冲压空气管路布置成提供换热冲压空气，所述应急冲压空气管路布置成向飞机座舱提供应急冲压空气；以及

应急冲压调节活门，所述应急冲压调节活门布置在所述应急冲压空气管路中以控制所述应急冲压空气管路的通断。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统的所述换热冲压空气管路连通到所述飞机的空调组件，并且，所述空调组件接收来自飞机的高温高压气源的气体，

来自所述换热冲压空气管路的外界冲压空气与来自所述高温高压气源的所述气体换热后向外界排出。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述冲压空气进气口包括第一冲压空气进气口和第二冲压空气进气口，所述空调组件包括第一空调组件和第二空调组件，

其中所述第一冲压空气进气口布置成向所述第一空调组件提供换热冲压空气，所述第二冲压空气进气口布置成向所述第二空调组件提供换热冲压空气。

4.如权利要求3所述系统，其特征在于，

所述应急冲压调节活门包括第一应急冲压调节活门和第二应急冲压调节活门，

所述第一应急冲压调节活门布置在所述第一冲压空气进气口的所述应急冲压空气管路中；

所述第二应急冲压调节活门布置在所述第一冲压空气进气口的所述应急冲压空气管路中。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述系统还包括混合腔，所述混合腔连通所述空调组件以接收经所述空调组件处理的气流，所述混合腔的出口连通所述飞机座舱，并且

所述混合腔在所述应急冲压调节活门的下游与所述应急冲压空气管路连通，所述应急冲压空气经由所述应急冲压调节活门流入所述混合腔。

6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述系统还包括控制装置，所述控制装置连接所述冲压空气进气口、所述应急冲压调节活门和所述空调组件。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述冲压空气进气口具有开度可调的阀门装置，所述控制装置连接到所述阀门装置并能够对所述阀门装置的开度进行控制。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述应急冲压调节活门具有可调节的开度，根据环境温度的变化，所述应急冲压调节活门的开度被自动调节。

9.一种利用飞机冲压空气进气系统控制飞机冲压空气进气的方法，

所述飞机冲压空气进气系统包括：

第一冲压空气进气装置，所述第一冲压空气进气装置包括：

第一冲压空气进气口，所述第一冲压空气进气口上游侧连通外界大气，所述第一冲压空气进气口的下游侧连接第一换热冲压空气管路和第二应急冲压空气管路，其中所述第一换热冲压空气管路用于向第一空调组件提供外界气体；和

第一应急冲压调节活门，所述第一应急冲压调节活门设置在所述第一应急冲气；

第二冲压空气进气装置，所述第二冲压空气进气装置包括：

第二冲压空气进气口，所述第二冲压空气进气口上游侧连通外界大气，所述第二冲压空气进气口的下游侧连接第二换热冲压空气管路和第二应急冲压空气管路，其中所述第二换热冲压空气管路用于向第二空调组件提供外界气体；和

第二应急冲压调节活门，所述第二应急冲压调节活门设置在所述第二应急冲压空气管路上；以及

控制装置，所述控制装置构造成对所述第一冲压空气进气口、所述第二冲压空气进气口、所述第一空调组件、所述第二空调组件、所述第一应急冲压调节活门和所述第二应急冲压调节活门进行控制；

所述方法包括：

第一冲压空气模式，在所述第一冲压空气模式中，所述控制装置控制所述第一应急冲压调节活门和所述第二应急冲压调节活门关闭；

第二冲压空气模式，在所述第二冲压空气模式中，所述第一空调组件关闭，所述控制装置控制所述第一冲压空气进气口和所述第一应急冲压调节活门关闭；以及

应急冲压空气模式，在所述应急冲压空气模式中，所述控制装置控制所述第一冲压空气进气口和所述第二冲压空气进气口打开并且控制所述第一应急冲压调节活门和所述第二应急冲压调节活门打开，并且所述第一空调组件和所述第二空调组件被关闭。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述飞机冲压空气进气系统还包括应急风门按钮，当所述应急风门按钮被致动时，所述应急冲压空气模式被启动。

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