CN117550079A - 一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备 - Google Patents

Abstract

一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备，其中，引气及处理子系统接收来自于发动机的发动机引气和机体外界的冲压空气，发动机引气和冲压空气经引气及处理子系统处理后，送入空气分离装置；空气分离装置入口处设置有温度传感器，感压式流量调节阀安装在空气分离装置的富氮气体出口处，富氮气体流经感压式流量调节阀通过富氮气体分配管路通入油箱；通入油箱的富氮气体与油箱内气相空间的气体发生气体置换后，通过设置在油箱上的主动排气活门排出油箱；且温度传感器、主动排气活门分别与上位机连接。本发明可实现富氮气体流量的自适应调节，既能保持油箱低氧浓度又能保持油箱压力的工作需求，有效简化设备的控制逻辑，安全、高效。

Description

一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备

技术领域

本发明涉及航空机械控制设备技术领域，尤其涉及一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备。

背景技术

机载制氮系统是利用空气分离装置内含空气分离膜，将空气中的氧气与氮气分离成富氧气体和富氮气体，富氧气体排出机外，富氮气体通入油箱，经气体置换作用，从而降低油箱内气相空间的氧浓度及油箱的可燃性，促使油箱达到“惰化”状态。

由于空气分离膜的特殊物性，使机载制氮系统具有如下工作性能：其他条件一定的情况下，富氮气体流量越大，制氮效率越高，但富氮气体浓度越低；富氮气体流量越小，制氮效率越低，但富氮气体浓度越高；现有的机载制氮系统通常使用电气控制的流量分配阀，将富氮气体流量分为2~5档，以适应不同飞行阶段对富氮气体的需求。

由于电气控制的流量分配阀按固定档位分配富氮气体流量，通入油箱内的富氮气体流量和浓度均为固定数值，无法根据飞机飞行状态进行精确、实时的调节，进而对油箱的惰化效果存在一定负面影响。对于作战飞机，在反复爬升与俯冲的机动飞行中，油箱内外气压大幅变化，在既要保持油箱低氧浓度条件下又要保持油箱压力满足系统要求下，富氮气体流量的精确调节尤为重要。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备，包括引气及处理子系统、与引气及处理子系统连接的上位机、温度传感器、空气分离装置、感压式流量调节阀、富氮气体分配管路、主动排气活门及油箱，其中，引气及处理子系统接收来自于发动机的发动机引气和机体外界的冲压空气，发动机引气和冲压空气经引气及处理子系统处理后，送入空气分离装置；温度传感器设置在空气分离装置入口处，感压式流量调节阀安装在空气分离装置的富氮气体出口处，富氮气体流经感压式流量调节阀通过富氮气体分配管路通入油箱；通入油箱的富氮气体与油箱内气相空间的气体发生气体置换后，通过设置在油箱上的主动排气活门排出油箱，从而降低油箱隔舱内气相空间的氧浓度，使油箱惰化；且温度传感器、主动排气活门分别与上位机连接。

在本发明中，引气及处理子系统中设置有混合腔与水分离器，发动机引气通过热路控制阀、冲压空气通过冷路控制阀进入引气及处理子系统的混合腔，经水分离器除水后，送入空气分离装置。

在本发明中，空气分离装置入口处设置温度传感器，用于实时将此处温度信号反馈至上位机，上位机依据该温度信号，实时调节热路控制阀和冷路控制阀的开度，使进入空气分离装置的气体温度在其工作温度范围内。

在本发明中，空气分离装置将空气中的氧气、氮气分离成富氧气体和富氮气体，富氧气体排出机外。

在本发明中，感压式流量调节阀包括用于感受油箱压力的上膜片腔、用于推动活门组件移动的膜片组件、用于环境压力的下膜片腔、阀体、活门组件及弹簧，其中，阀体一端设置有进口，阀体另一端设置有出口，阀体中部设置有活门组件，活门组件上端与膜片组件连接，膜片组件下端安装有弹簧，弹簧另一端固定在阀体上；膜片组件上部设置有上膜片腔，膜片组件下部设置有下膜片腔；膜片组件推动活门组件向下移动，以实现实时调节流量的功能。

在本发明中，感压式流量调节阀的阀体进口处设置有小流量孔，以在活门组件处于关闭位置时，使机载制氮设备以最小富氮气体流量持续为油箱供气，保证油箱维持预设的增压值和较低的氧浓度。

在本发明中，感压式流量调节阀出口处设置有单向活门，用于防止油箱内的燃油通过富氮气体分配管路倒流进机载制氮设备。

在本发明中，主动排气活门和超压排气活门均可在油箱压力超过一定限值时自动打开，主动排气活门打开压力与预设的增压值相当，油箱压力达到主动排气活门打开压力时，主动排气活门打开排气，以保证油箱压力在预设的增压值范围内；超压排气活门打开压力较主动排气活门打开压力高，用于在油箱超压时打开排气，保护油箱结构不受过大的气压载荷；同时在油箱上设置有防负压活门，防负压活门用于在油箱出现负压时打开进气，保护油箱结构不因受过大的负压而损坏。

有益效果

1）本发明中温度传感器反馈的空气分离装置入口温度信号与上位机联合控制引气及处理子系统输出气体的温度，以保证进入空气分离装置的气体温度在其工作温度范围内；

2）本发明中感压式流量调节阀通过感受油箱压力与外界环境压力，动态调节阀门开度，以实现富氮气体流量的自适应调节，既能保持油箱低氧浓度又能保持油箱压力的工作需求，有效减少下游监控飞机和油箱状态的传感器，简化设备的控制逻辑，安全、高效；

3）本发明中上位机通过飞行员或地勤人员的操作信号控制主动排气活门打开/关闭，以实现设备初始惰化、加油排气等功能；

4）本发明中主动排气活门在油箱压力达到预设的增压值时打开排气，超压排气活门在油箱超压时打开排气，防负压活门在油箱负压时打开进气，以确保油箱压力在设定的范围内。

附图说明

图1为本发明的较佳实施例的组成示意图。

图2为本发明的较佳实施例的功能示意图。

图3为本发明的较佳实施例中的引气及处理子系统组成示意图。

图4为本发明的较佳实施例中的引气及处理子系统功能示意图。

图5为本发明的较佳实施例中的感压式流量调节阀结构示意图。

实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1～5的一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备，包括引气及处理子系统、与引气及处理子系统连接的上位机、温度传感器、空气分离装置、感压式流量调节阀、单向活门、富氮气体分配管路、主动排气活门及超压排气活门，其中，飞行员或地勤人员向上位机发送操作信号，上位机启动引气及处理子系统接收来自于发动机的发动机引气和机体外界的冲压空气，发动机引气和冲压空气在引气及处理子系统中被处理后，送入空气分离装置；空气分离装置入口处设置有温度传感器，感压式流量调节阀安装在空气分离装置的富氮气体出口处，富氮气体依次流经感压式流量调节阀、单向活门及富氮气体分配管路，最终通入油箱各隔舱内；通入油箱隔舱的富氮气体与油箱内气相空间的气体发生气体置换后，通过设置在油箱上的主动排气活门或超压排气活门排出油箱，从而降低油箱隔舱内气相空间的氧浓度，使油箱惰化；温度传感器、主动排气活门分别与上位机连接。

在本实施例中，发动机引气通过热路控制阀、冲压空气通过冷路控制阀进入引气及处理子系统的混合腔，经水分离器除水后，被送入空气分离装置，如图4所示。

在本实施例中，空气分离装置入口处设置温度传感器，用于实时将此处温度信号反馈至上位机，上位机依据该温度信号，实时调节热路控制阀和冷路控制阀的开度，使进入空气分离装置的气体温度在其工作温度范围内，如图2所示。

在本实施例中，空气分离装置将空气中的氧气、氮气分离成富氧气体和富氮气体，富氧气体排出机外。

在本实施例中，感压式流量调节阀安装在空气分离装置富氮气体出口处，如图5所示，黑色箭头表示气体流动方向，包括上膜片腔1、膜片组件2、下膜片腔3、阀体4、活门组件5及弹簧6，其中，阀体4一端设置有进口，阀体4另一端设置有出口，阀体4中部设置有活门组件5，活门组件5上端与膜片组件2连接，膜片组件2下端安装有弹簧6，弹簧6另一端固定在阀体4上；膜片组件2上部设置有上膜片腔1，膜片组件2下部设置有下膜片腔3，上膜片腔1用于感受油箱压力，下膜片腔3用于感受环境压力，在二者压差作用下，膜片组件2推动活门组件5向下移动，以实现实时调节流量的功能；活门组件5下端安装有弹簧6，当环境压力与油箱压力相等即油箱增压值为0时，活门组件5在弹簧6的作用下位于初始位置，此时活门组件5开度最大，油箱压力达到预设的增压值时，膜片组件2推动活门组件5向下运动至关闭位置；

并在感压式流量调节阀的阀体4进口处设置有小流量孔7，以在活门组件5处于关闭位置时，使机载制氮设备以最小富氮气体流量持续为油箱供气，保证油箱维持预设的增压值和较低的氧浓度。

在本实施例中，单向活门设置在感压式流量调节阀出口处，用于防止油箱内的燃油通过富氮气体分配管路溢出。

在本实施例中，主动排气活门和超压排气活门均可在油箱压力超过一定限值时自动打开，主动排气活门打开压力与预设的增压值相当，油箱压力达到主动排气活门打开压力时，主动排气活门打开排气，以保证油箱压力在预设的增压值范围内；超压排气活门打开压力较主动排气活门打开压力高，用于在油箱超压时打开排气，保护油箱结构不受过大的气压载荷；同时在油箱上设置有防负压活门，防负压活门用于在油箱出现负压时打开进气，保护油箱结构不因受过大的负压而损坏。

在本实施例中，飞行员通过座舱内惰化开关向上位机发送惰化信号，上位机控制主动排气活门通电打开，使油箱气相空间通过通气管路与外界大气相通，此时，感压式流量调节阀以最大流量向油箱通入富氮气体，以最快的速度将油箱内的氧浓度降低；该阶段通常在地面进行并持续一段时间，称为初始惰化阶段，初始惰化阶段结束后，上位机控制主动排气活门断电关闭；类似地，地勤人员通过机身加油开关向上位机发送加油信号，上位机同样控制主动排气活门通电打开，使油箱气相空间通过通气管路与外界大气相通，避免加油时油箱内因产生过高的反压而延长加油时间。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备，包括引气及处理子系统、与引气及处理子系统连接的上位机、温度传感器、空气分离装置、感压式流量调节阀、富氮气体分配管路、主动排气活门及油箱，其特征在于，引气及处理子系统接收来自于发动机的发动机引气和机体外界的冲压空气，发动机引气和冲压空气经引气及处理子系统处理后，送入空气分离装置；空气分离装置入口处设置有温度传感器，感压式流量调节阀安装在空气分离装置的富氮气体出口处，富氮气体流经感压式流量调节阀通过富氮气体分配管路通入油箱；通入油箱的富氮气体与油箱内气相空间的气体发生气体置换后，通过设置在油箱上的主动排气活门排出油箱；且温度传感器、主动排气活门分别与上位机连接。

2.根据权利要求1所述的一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备，其特征在于，引气及处理子系统中设置有混合腔与水分离器，发动机引气通过热路控制阀、冲压空气通过冷路控制阀进入引气及处理子系统的混合腔，经水分离器除水后，送入空气分离装置。

3.根据权利要求1所述的一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备，其特征在于，感压式流量调节阀包括用于感受油箱压力的上膜片腔、用于推动活门组件移动的膜片组件、用于环境压力的下膜片腔、阀体、活门组件及弹簧，其中，阀体一端设置有进口，阀体另一端设置有出口，阀体中部设置有活门组件，活门组件上端与膜片组件连接，膜片组件下端安装有弹簧，弹簧另一端固定在阀体上；膜片组件上部设置有上膜片腔，膜片组件下部设置有下膜片腔。

4.根据权利要求3所述的一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备，其特征在于，感压式流量调节阀的阀体进口处设置有小流量孔。

5.根据权利要求3所述的一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备，其特征在于，感压式流量调节阀出口处设置有单向活门。

6.根据权利要求1所述的一种富氮气体流量自适应调节的机载制氮设备，其特征在于，油箱上设置有防负压活门。