PL186990B1 - Sposób regulacji ciśnienia w kabinie urządzenia latającego oraz zawór wielostopniowy, zwłaszcza zawór do wentylacji kabiny w urządzeniu latającym - Google Patents

Abstract

3. Zawór wielostopniowy, zwlasz- cza zawór do wentylacji kabiny w urza- dzeniu latajacym, zawierajacy mniejszy pierwszy stopien i wiekszy drugi stopien oraz mechanizm napedowy, znamienny tym, ze pierwszy stopien (20; 60; 100) zaworu i drugi stopien (30; 70; 110) zawo- ru sa polaczone z mechanizmem napedo- wym (40; 90), uruchamiajacym i otwiera- jacym mniejszy pierwszy stopien (20; 60; 100) zaworu przed uruchomieniem i otwo- rzeniem drugiego stopnia (30; 70, 110) zaworu i oddzielnie wzgledem niego. F ig . 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji ciśnienia w kabinie urządzenia latającego oraz zawór wielostopniowy, zwłaszcza zawór do wentylacji kabiny w urządzeniu latającym.

Zawory wielostopniowe, zwłaszcza zawory do wentylacji kabiny w układzie regulacji ciśnienia w kabinie samolotu, regulują ciśnienie wewnątrz kabiny w określonym zakresie, który jest niezbędny do życia osób znajdujących się na pokładzie, zapewniając im bezpieczeństwo, a zarazem gwarantując maksymalny komfort. Za pomocą zaworów wielostopniowych pasażerom dostarcza się, odpowiednie do wysokości lotu, cząstkowe ciśnienie tlenu. Uruchomienie zaworów wielostopniowych pozwala regulować i zmieniać strumień masy powietrza wypływający z kabiny.

Znane jest rozwiązanie, polegające na zastosowaniu dwóch oddzielnych zaworów do regulacji ciśnienia w kabinie. Zawory są przy tym tak sterowane, że jeden z zaworów otwiera się przy wyższej różnicy ciśnień, to znaczy podczas lotu na dużych wysokościach, natomiast drugi zawór pozostaje zamknięty. Dopiero przy niższych różnicach ciśnień, to znaczy podczas lotów na małych wysokościach lub podczas przebywania samolotu na ziemi następuje otwarcie również drugiego zaworu. Ten układ zaworów może wprawdzie wystarczająco dobrze regulować strumień masy powietrza, wychodzący z kabiny, jednak układ ten ma skomplikowaną budowę, co sprawia, że jego wytwarzanie jest związane z dość wysokimi kosztami. Ponadto oba zawory muszą być uruchamiane za pomocą niezależnych mechanizmów napędowych.

Inny znany zawór do regulacji ciśnienia w kabinie samolotu zawiera zawór z jedną klapą, która w zależności od panującej różnicy ciśnień pomiędzy kabiną i otoczeniem zostaje odpowiednio szeroko otwarta. Tego typu układ pozwala wprawdzie zmniejszyć koszty konstrukcyjne, jednak jest obarczony innymi wadami. Zazwyczaj wychodzący z zaworu strumień masy powietrza wiąże się z dodatkowym efektywnym ciągiem. Taki dodatkowy ciąg jest trudny do osiągnięcia za pomocą jednoklapowego systemu zaworowego, ponieważ strumień masy powietrza nie może być na wyjściu w wystarczającym stopniu kanalizowany i ukierunkowywany.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu, umożliwiającego prostą i efektywną regulację ciśnienia w kabinie urządzenia latającego. Należy również opracować zawór wielostopniowy, zwłaszcza zawór do wentylacji kabiny w urządzeniu latającym, który nie jest obarczony wadami wymienionymi w odniesieniu do stanu techniki. Zawór ten powinien być w szczególności prosty i tani do wykonania oraz umożliwiać osiągnięcie efektywnego dodatkowego ciągu przez wychodzący strumień masy powietrza.

Sposób regulacji ciśnienia w kabinie urządzenia latającego, zwłaszcza samolotu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się zawór wielostopniowy, złożony z mniejszego pierwszego stopnia i większego drugiego stopnia, umieszczonych we wspólnym otworze zaworowym i połączonych ze wspólnym mechanizmem napędowym do oddzielnego otwierania stopni zaworu, z których mniejszy pierwszy stopień otwiera się przed większym drugim stopniem, przy czym podczas lotu przy dużej różnicy ciśnień zwiększa się ciśnienie w kabinie, uruchamiając i otwierając za pomocą mechanizmu napędowego mniejszy pierwszy stopień zaworu celem częściowego otwarcia otworu zaworowego, zaś podczas lotu przy małej różnicy

186 990 ciśnień po otwarciu mniejszego pierwszego stopnia uruchamia się i otwiera za pomocą mechanizmu napędowego większy drugi stopień zaworu, otwierając całkowicie otwór zaworowy.

Korzystnie pierwszy stopień zaworu i drugi stopień zaworu w położeniu całkowicie otwartym i położeniu całkowicie zamkniętym ustawia się za pomocą mechanizmu napędowego w tej samej pozycji.

Zawór wielostopniowy, zwłaszcza zawór do wentylacji kabiny w urządzeniu latającym, zawierający mniejszy pierwszy stopień i większy drugi stopień oraz mechanizm napędowy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pierwszy stopień zaworu i drugi stopień zaworu są połączone z mechanizmem napędowym, uruchamiającym i otwierającym mniejszy pierwszy stopień zaworu przed uruchomieniem i otworzeniem drugiego stopnia zaworu i oddzielnie względem niego.

Korzystnie pierwszy stopień zaworu i/lub drugi stopień zaworu mają kształt płytkowy.

Korzystnie pierwszy stopień zaworu jest umieszczony wewnątrz drugiego stopnia zaworu.

Korzystnie pierwszy stopień zaworu ma kształt prostokątny i/lub drugi stopień zaworu ma zarys w zasadzie okrągły.

Korzystnie pierwszy stopień zaworu i drugi stopień zaworu są umieszczone jeden za drugim w otworze zaworowym.

Korzystnie pierwszy stopień zaworu i/lub drugi stopień zaworu ma kształt prostokątny.

Korzystnie mechanizm napędowy ma postać mechanizmu sprzężonego, zawierającego co najmniej dwa elementy przegubowe, połączone obrotowo ze sobą.

Korzystnie co najmniej dwa elementy przegubowe są połączone obrotowo ze sobą za pomocą przegubów obrotowych.

Korzystnie pierwszy stopień zaworu i drugi stopień zaworu w położeniu całkowicie otwartym i położeniu całkowicie zamkniętym znajdują się w tej samej pozycji.

Korzystnie mechanizm napędowy zawiera cztery elementy przegubowe.

Korzystnie mechanizm napędowy zawiera trzy elementy przegubowe.

Korzystnie otwór zaworowy jest otoczony ramą.

Korzystnie rama ma krzywiznę w obszarze, stanowiącym powierzchnię przylegania dla pierwszego stopnia zaworu.

Korzystnie przy otwartym pierwszym stopniu zaworu po stronie odwrotnej względem drugiego stopnia zaworu znajduje się otwór.

Korzystnie pierwszy stopień zaworu w stanie całkowicie otwartym znajduje się poza otworem zaworowym.

Sposób według wynalazku umożliwia osiągnięcie podczas lotu, za pomocą wychodzącego strumienia masy powietrza, maksymalnego efektywnego ciągu.

Zawór wielostopniowy według wynalazku ma dwa stopnie, uruchamiane za pomocą pojedynczego mechanizmu napędowego. Ukształtowanie i regulacja zaworu wielostopniowego według wynalazku powoduje znaczną poprawę ekonomicznych aspektów klimatyzacji w kabinie urządzenia latającego. Ma to znaczenie zwłaszcza dlatego, że zasilanie powietrzem na pokładzie urządzenia latającego, zwłaszcza samolotu, stanowi największy wtórny odbiornik energii. Ponadto dzięki oddzielnemu uruchamianiu mniejszego pierwszego stopnia i większego drugiego stopnia strumień masy powietrza może wychodzić z zaworu wielostopniowego w taki sposób, że podczas lotu osiągany jest wysoki efektywny przyrost ciągu. W tym celu podczas lotu na dużych wysokościach, to znaczy przy dużej różnicy ciśnienia pomiędzy wnętrzem kabiny i otoczeniem otwierany jest tylko mniejszy pierwszy stopień zaworu, z którego strumień masy powietrza może wydostawać się w sposób kierowany i kanalizowany. Podczas lotów na mniejszej wysokości lub podczas przebywania samolotu na ziemi, to znaczy w obszarze małej różnicy ciśnień pomiędzy wnętrzem kabiny i otoczeniem otwiera się dodatkowo drugi, większy stopień zaworu, w związku z czym powstaje otwór, wystarczająco duży dla wypływu strumienia masy powietrza.

Jeżeli pierwszy stopień zaworu i drugi stopień zaworu są umieszczone w otworze zaworowym, wówczas potrzebny jest tylko jeden otwór zaworowy w kadłubie samolotu, co pociąga za sobą dalsze zmniejszenie kosztów wytwarzania i montażu.

186 990

Jeżeli pierwszy stopień zaworu jest umieszczony wewnątrz drugiego stopnia zaworu, wówczas oba stopnie zaworu mogą być korzystnie przechylane wokół wspólnej osi obrotów, co obniża nakłady konstrukcyjne związane z zaworem wielostopniowym. Ponadto przy takim układzie obu stopni zaworu mogą one leżeć w jednej płaszczyźnie, zarówno w całkowicie zamkniętym, jak też całkowicie otwartym położeniu zaworu wielostopniowego. Zapewnia to kierowany przepływ wychodzącego strumienia masy powietrza, pozwalający uzyskać dodatkowy efektywny przyrost ciągu przy niewielkich siłach uruchamiających.

Okrągły zarys drugiego stopnia zaworu pozwala zastosować prosty i tani sposób wytwarzania, ponadto ułatwia wpasowanie zaworu wielostopniowego w otwór zaworowy w kadłubie samolotu, przy zachowaniu korzystnego działania uszczelniającego.

Zarys mniejszego pierwszego stopnia zaworu oraz wewnętrzny kształt większego drugiego stopnia zaworu są korzystnie ukształtowane pod względem aerodynamicznym, zwłaszcza zaś osiągany jest maksymalny przyrost ciągu przy minimalnym zapotrzebowaniu na moment obrotowy.

Jeżeli oba stopnie zaworu są usytuowane wewnątrz jednego otworu zaworowego w kadłubie samolotu, wówczas otrzymuje się w efekcie niskie koszty wytwarzania i montażu zaworu wielostopniowego. Ponadto ukształtowanie stopni zaworu według wynalazku sprawia, że oba stopnie zaworu w całkowicie zamkniętym położeniu zaworu wielostopniowego leżą w jednej płaszczyźnie, natomiast w całkowicie otwartym położeniu zaworu wielostopniowego są ustawione równolegle względem siebie. Odpowiednie usytuowanie stopni zaworu pozwala osiągnąć maksymalny odzysk ciągu. Ponadto istnieje możliwość indywidualnego doboru punktów obrotu stopni zaworu, dzięki czemu otwieranie i zamykanie zaworu wielostopniowego wymaga użycia minimalnych sił uruchamiających.

Mechanizm napędowy może mieć postać mechanizmu sprzężonego, zawierającego co najmniej dwa elementy przegubowe, połączone obrotowo ze sobą. Mechanizmy sprzężone charakteryzują się tym, że ich elementy przegubowe poruszają się poprzez połączenie obrotowe w równoległych płaszczyznach. Zalety mechanizmów sprzężonych w porównaniu do innego typu mechanizmów zawierają się w prostocie, a zatem niskich kosztach wytwarzania elementów przegubowych, parametrach styku w przegubach oraz wynikającej stąd dużej wytrzymałości mechanizmu sprzężonego na obciążenia. Ponadto mechanizmy sprzężone mają szereg zastosowań, zwłaszcza dzięki bogactwu struktur, konstrukcji i możliwości ruchu. Dzięki temu mechanizmy sprzężone można dopasować do różnych wymagań użytkowych oraz warunków przestrzennych, dobierając odpowiednio na przykład liczbę elementów przegubowych i ich ukształtowanie geometryczne.

W szczególności zaopatrzenie mechanizmu napędowego w cztery elementy przegubowe pozwala uzyskać rozwiązanie, w którym równomierny ruch obrotowy jednostki napędowej jest przekształcany w nierównomierny ruch obrotowy poszczególnych stopni zaworu, co pociąga za sobą różne kąty otwarcia poszczególnych stopni. Mimo nierównomiernych ruchów obrotowych poszczególnych stopni zaworu oba te stopnie w położeniu całkowicie otwartym oraz całkowicie zamkniętym znajdują się jednak w tej samej pozycji.

Jeżeli pierwszy stopień zaworu i drugi stopień zaworu są tak usytuowane, że w położeniu całkowicie otwartym oraz całkowicie zamkniętym znajdują się w tej samej pozycji, wówczas stopnie zaworu w położeniu otwartym stawiają jedynie nieznaczny opór wychodzącemu strumieniowi masy powietrza. Oba stopnie zaworu mogą przy tym w tych położeniach, zależnie od postaci wykonania zaworu wielostopniowego, tworzyć na przykład jedną płaszczyznę lub jedną linię, względnie mogą być ustawione równolegle do siebie. Zwłaszcza w położeniu zamkniętym konieczne jest jednak, aby oba stopnie zaworu leżały w jednej płaszczyźnie, co zapewnia wystarczające działanie uszczelniające zaworu wielostopniowego.

Konstrukcja mechanizmu napędowego ulega znacznemu uproszczeniu, jeżeli zawiera on trzy elementy przegubowe.

Zawór wielostopniowy może być zaopatrzony w ramę otaczającą otwór zaworowy. Rama ta kanalizuje strumień powietrza, wypływający z zaworu, i poprawia jego wypływ.

Jeżeli rama otaczająca otwór zaworowy ma krzywiznę w obszarze, stanowiącym powierzchnię przylegania dla pierwszego stopnia zaworu, wówczas przy otwieraniu lub zamy6

186 990 kaniu pierwszego stopnia zaworu ślizga się on odpowiednio ukształtowanym odcinkiem wzdłuż zakrzywionego obszaru ramy, co zapewnia niezawodne prowadzenie pierwszego stopnia zaworu.

Jeżeli pierwszy stopień zaworu i drugi stopień zaworu są tak usytuowane, że przy otwarciu pierwszego stopnia zaworu powstaje otwór odwrotny względem drugiego stopnia zaworu, wówczas strumień masy powietrza, wychodzący przez ten otwór, nie dociska drugiej klapy zaworu, dzięki czemu można ją uruchomić niewielkim nakładem sił. Powoduje to zmniejszenie momentu obrotowego, potrzebnego do uruchomienia zaworu wielostopniowego, czyli trzeba dostarczyć mniejszą ilość energii napędowej. Jednocześnie można zastosować mniejsze i lżejsze elementy napędowe.

Maksymalna wielkość otworu zaworowego ulega powiększeniu, jeżeli pierwszy stopień zaworu w stanie całkowicie otwartym jest wyjęty z otworu zaworowego, ponieważ ułatwia to wypływ strumienia masy powietrza. Jednocześnie pierwszy stopień zaworu w swym całkowicie otwartym położeniu odpowiada za kanalizowanie wychodzącego strumienia masy powietrza.

Opisany wyżej zawór wielostopniowy według wynalazku pozwolił stworzyć układ zaworów, w którym pierwszy stopień zaworu i drugi stopień zaworu są uruchamiane za pomocą jednego mechanizmu napędowego, przy czym mniejszy pierwszy stopień zaworu jest wykorzystywany jako stopień regulacyjny podczas lotu przy małej różnicy ciśnień, zaś większy drugi stopień zaworu otwiera się dodatkowo przy mniejszej różnicy ciśnień.

Zawór wielostopniowy według wynalazku może być zastosowany jako zawór do wentylacji kabiny w układzie regulacji ciśnienia w kabinie urządzenia latającego, zwłaszcza samolotu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zawór wielostopniowy w pierwszym przykładzie wykonania wynalazku, w przekroju, przy czym oba stopnie zaworu znajdują się w pozycji zamkniętej, fig. 2 zawór wielostopniowy z fig. 1 w przekroju, przy czym mniejszy pierwszy stopień zaworu jest otwarty, fig. 3 - zawór wielostopniowy z fig. 1 w przekroju, przy czym oba stopnie zaworu są całkowicie otwarte, fig. 4 - zawór wielostopniowy w drugim przykładzie wykonania wynalazku, w przekroju, przy czym oba stopnie zaworu są całkowicie zamknięte, fig. 5 - zawór wielostopniowy z fig. 4 w przekroju, przy czym mniejszy pierwszy stopień zaworu jest otwarty, fig. 6 - zawór wielostopniowy z fig. 4 w przekroju, przy czym oba stopnie zaworu są całkowicie otwarte, fig. 7 - zawór wielostopniowy w trzecim przykładzie wykonania wynalazku, w przekroju, przy czym oba stopnie zaworu są zamknięte, fig. 8 - zawór wielostopniowy z fig. 7 w przekroju, przy czym mniejszy pierwszy stopień zaworu jest otwarty, oraz fig. 9 - zawór wielostopniowy z fig. 7 w przekroju, przy czym oba stopnie zaworu są całkowicie otwarte.

Na fig. 1 do 3 opisany jest pierwszy przykład wykonania wynalazku.

Jak przedstawiono na fig. 1, zawór wielostopniowy 10 jest umieszczony w otworze zaworowym 11 samolotu. Zawór wielostopniowy 10 składa się z mniejszego pierwszego stopnia 20, większego drugiego stopnia 30 oraz mechanizmu napędowego 40. Pierwszy stopień 20 zaworu jest umieszczony wewnątrz drugiego stopnia 30. Zarówno pierwszy stopień 20, jak też drugi stopień 30 zaworu są poprzez wspólną oś obrotu 22 osadzone obrotowo w zaworze wielostopniowym 10. Drugi stopień 30 zaworu ma kształt okrągły, natomiast pierwszy stopień 20 zaworu jest prostokątny. W każdym przypadku pierwszy stopień 20 i drugi stopień 30 zaworu są tak ukształtowane, że ich konfiguracja jest korzystna aerodynamicznie.

Drugi stopień zaworu 30 ma skierowane w stronę otworu zaworowego 11, czołowe powierzchnie 32. Czołowe powierzchnie 32 są zaopatrzone w lekkie zaokrąglenie, co pozwala łatwo wkręcić drugi stopień 30 zaworu w otwór zaworowy 11. Ponadto otwór zaworowy 11 jest zaopatrzony w lekko cofnięte krawędzie, co dodatkowo ułatwia obracanie drugiego stopnia 30 zaworu.

Drugi stopień 30 zaworu ma otwór 31, w którym osadzony jest obrotowo pierwszy stopień 20 zaworu. Ścianki 33 stopnia 30 zaworu w obszarze otworu 31 są ukośnie nachylone, zaś każda z nich ma wybranie 34, w którym w zamkniętym stanie zaworu wielostopniowego 10 mieszczą się końce 21 pierwszego stopnia 20 zaworu. W wybraniach 34 można korzystnie umieścić elementy uszczelniające.

186 990

Pierwszy stopień 20 zaworu ma w przybliżeniu kształt równoległoboku, przy czym pierwszy stopień 20 zaworu w obszarze osi obrotu 22 ma swoją największą średnicę i zwęża się pod ostrym kątem w kierunku końców 21. Takie ukształtowanie pierwszego stopnia 20 zaworu sprawia, że końce 21 w zamkniętym stanie zaworu wielostopniowego 10 przylegają do ścianek 33 i wybrań 34, w których można umieścić elementy uszczelniające, drugiego stopnia 30 zaworu, w związku z czym z zaworu wielostopniowego 10 nie może wydostawać się strumień masy powietrza.

Mniejszy pierwszy stopień 20 zaworu i większy drugi stopień 30 zaworu są napędzane za pomocą jednego mechanizmu napędowego 40. Mechanizm napędowy 40 składa się z ogółem czterech elementów przegubowych 41, 42, 43, 44, połączonych ze sobą obrotowo za pomocą przegubów obrotowych 45. Pierwszy stopień 20 zaworu jest poprzez odcinek mocujący 23 połączony z, mającym kształt kości, elementem przegubowym 41. Drugi stopień 30 zaworu jest poprzez odcinek mocujący 35 połączony z, mającym kształt kości, elementem przegubowym 42. Elementy przegubowe 41, 42 są z kolei połączone ze sobą pośrednio za pomocą elementów przegubowych 43, 44. Nie przedstawiona jednostka napędowa mechanizmu napędowego 40 jest z nim połączona w obszarze połączenia elementów przegubowych 43 i 44.

Napływ medium do zaworu wielostopniowego 10 odbywa się w kierunku strzałki L.

Zasada działania zaworu wielostopniowego 10 jest opisana poniżej w odniesieniu do fig. 1 do 3. Na fig. 1 zawór wielostopniowy 10 jest przedstawiony w położeniu zamkniętym. Zarówno pierwszy stopień 20, jak też drugi stopień 30 zaworu znajdują się w pozycji zamkniętej. Wskutek tego, że końce 21 pierwszego stopnia 20 zaworu spoczywają, na ściankach 33 i w wybraniach 34, w których można umieścić elementy uszczelniające, drugiego stopnia 30 zaworu, względnie do nich przylegają, strumień masy powietrza nie może wydostawać się z zaworu wielostopniowego 10.

Na fig. 2 zawór wielostopniowy 10 jest przedstawiony przy otwartym pierwszym stopniu 20 zaworu. Takie ustawienie zaworu wielostopniowego 10 ma miejsce na przykład wówczas, gdy samolot znajduje się w trakcie lotu rejsowego, to znaczy lotu na dużych wysokościach. Podczas lotu rejsowego istnieje duża różnica ciśnień pomiędzy wnętrzem kabiny i otoczeniem samolotu. Do wytworzenia efektywnego strumienia masy powietrza, prowadzącego do skutecznego zwiększenia ciągu, wystarcza, jeżeli przy dużej różnicy ciśnień otwarty jest tylko pierwszy stopień 20 zaworu, natomiast drugi stopień 30 zaworu pozostaje zamknięty. Aby osiągnąć takie ustawienie obu stopni 20, 30 zaworu wielostopniowego 10, mechanizm napędowy 40 jest przekręcany w kierunku obrotów, zaznaczonych strzałką D. Ponieważ pierwszy stopień 20 zaworu jest połączony, wprawdzie obrotowo, ale jednak na stałe z elementem przegubowym 41 mechanizmu napędowego 40, wykonany odpowiednio do strzałki D ruch mechanizmu napędowego powoduje otwarcie pierwszego stopnia 20 zaworu. Z uwagi na zastosowanie mechanizmu napędowego 40, zawierającego ogółem cztery elementy przegubowe, równomierny ruch obrotowy nie przedstawionej jednostki napędowej mechanizmu napędowego 40 jest przekształcany w nierównomierny ruch obrotowy poszczególnych stopni 20, 30 zaworu. Prowadzi to do różnych kątów otwarcia stopni zaworu. W niniejszym przykładzie wykonania odpowiednio dobrane, zwłaszcza pod względem długości, nachylenia i ustawienia, elementy przegubowe powodują, że pierwszy stopień 20 zaworu można otworzyć poprzez uruchomienie mechanizmu napędowego 40, natomiast drugi stopień 30 zaworu pozostaje zamknięty. W pozycji ukazanej na fig. 2 pierwszy stopień 20 zaworu jest na tyle otwarty, że nie tylko zapewniona jest korzystna regulacja wychodzącego strumienia masy powietrza, lecz jednocześnie uzyskuje się efektywny wzrost ciągu przy niewielkich silach uruchamiających. Drugi stopień 30 zaworu jest w dalszym ciągu na tyle zamknięty, że strumień masy powietrza nie może się przezeń wydostawać.

W przypadku małych różnic ciśnień pomiędzy wnętrzem kabiny i otoczeniem samolotu, na przykład podczas lotów na małych wysokościach lub podczas przebywania samolotu na ziemi, konieczne jest, by strumień masy powietrza mógł się wydostawać przez wystarczająco duży otwór. Dlatego też przy małych różnicach ciśnień zawór wielostopniowy 10 musi być całkowicie otwarły, jak przedstawiono na fig. 3. Dalszy obrót mechanizmu napędowego 40 w kierunku strzałki D powoduje przesunięcie połączonych z drugim stopniem 30 zaworu,

186 990 elementów przegubowych 42, 44, co pociąga za sobą również otwarcie drugiego stopnia 30 zaworu. W całkowicie otwartej pozycji zaworu wielostopniowego 10, przedstawionej na fig. 3, oba stopnie 20, 30 są ustawione w jednej płaszczyźnie względnie jednej linii, w związku z czym przy panującej niewielkiej różnicy ciśnień strumień masy powietrza napotyka minimalny opór. Ponadto pozycja zaworu wielostopniowego 10 prowadzi do wytworzenia maksymalnego otworu dla wyjścia strumienia masy powietrza.

Na fig. 4 do 6 przedstawiony jest kolejny przykład wykonania zaworu wielostopniowego według wynalazku.

Jak widać na fig. 4, zawór wielostopniowy 50 jest również umieszczony w otworze zaworowym 51 w kadłubie samolotu. Zawór wielostopniowy 50 ma pierwszy stopień 60, drugi stopień 70 oraz mechanizm napędowy 40. Mechanizm napędowy odpowiada w swej budowie mechanizmowi napędowemu, opisanemu w odniesieniu do fig. 1do 3, w związku z czym jednakowe i mające tę samą funkcję elementy konstrukcji są opatrzone jednakowymi odnośnikami, zaś szczegółowy opis konstrukcji mechanizmu napędowego 40 został pominięty. Pierwszy stopień 60 zaworu i drugi stopień 70 zaworu, każdy z nich o kształcie prostokątnym, są ustawione jeden za drugim w otworze zaworowym 51.

Mniejszy pierwszy stopień 60 zaworu ma kształt płytkowy i jest osadzony obrotowo, poprzez oś obrotu 61 i obszar zamocowania 62, w zaworze wielostopniowym 50. Pierwszy stopień 60 zaworu składa się z płytki podstawowej 65, płytki kierującej 66 oraz zwróconego ku ściance otworu zaworowego 51, obszaru końcowego 64. W wolnym końcu obszaru końcowego 64 znajduje się odcinek mocujący 67, za pomocą którego pierwszy stopień 60 zaworu jest połączony obrotowo z elementem przegubowym 41 mechanizmu napędowego 40. Płyta kierująca 66 strumieniem masy powietrza i płytka podstawowa są nachylone ukośnie i zbieżne względem siebie w obszarze końcowym 63, ukształtowanym w kierunku drugiego stopnia 70 zaworu.

Drugi stopień 70 zaworu jest poprzez oś obrotu 71 i odcinek mocujący 72 osadzony obrotowo w zaworze wielostopniowym 50. Również drugi stopień 70 zaworu ma kształt płytkowy i składa się ze zwróconego ku ściance otworu zaworowego 51, obszaru końcowego 74, płytki podstawowej 75, płytki kierującej 76 strumień masy powietrza oraz płytki mocującej 77. Na płytce mocującej 77 znajduje się odcinek mocujący 78, poprzez który drugi stopień 70 zaworu jest połączony obrotowo z elementem przegubowym 42 mechanizmu napędowego 40. Płytka kierująca 76, która w zamkniętym stanie zaworu wielostopniowego 50 styka się z obszarem końcowym 63 pierwszego stopnia 60 zaworu, ma w obszarze, w którym obszar końcowy 63 pierwszego stopnia 60 zaworu przylega do płytki kierującej 76 drugiego stopnia 70 zaworu, dodatkowy element uszczelniający 79. Jak przedstawiono na fig. 4, obszar końcowy 63 pierwszego stopnia 60 zaworu naciska w stanie zamkniętym na element uszczelniający 79 drugiego stopnia 70 zaworu, co w zamkniętym stanie zaworu wielostopniowego 50 skutecznie i całkowicie zapobiega wychodzeniu strumienia masy powietrza. Ponadto płytka kierująca 76 ma pogrubiony koniec 73. Zadaniem końca 73 jest kierowanie strumienia masy powietrza przy otwartym zaworze wielostopniowym 50 na płytkę kierującą 76. Pogrubienie końca 73 nie jest jednak konieczne, w związku z czym płytka kierująca może być również ukształtowana inaczej. Musi być jedynie spełniony warunek kształtu korzystnego pod względem aerodynamicznym.

Leżące naprzeciw ścianki otworu zaworowego 51, obszary końcowe 64 i 74 pierwszego stopnia 60 zaworu i drugiego stopnia 70 zaworu są lekko zaokrąglone, aby ułatwić obrót pierwszego stopnia 60 zaworu i drugiego stopnia 70 zaworu wewnątrz otworu zaworowego 51. Ponadto punkty obrotu pierwszego stopnia 60 zaworu i drugiego stopnia 70 zaworu, wyznaczone przez osie obrotu 61,71 i obszary zamocowania 62, 72, mogą być tak dobrane zależnie od wielkości stopni zaworu i wymagań użytkowych, że do otwierania i zamykania zaworu wielostopniowego 50 potrzebne będąjedynie minimalne siły uruchamiające.

Napływ medium na zawór wielostopniowy 50 odbywa się w kierunku strzałki L.

Zasada działania zaworu wielostopniowego 50 jest opisana poniżej w odniesieniu do fig. 4 do 6.

Na fig. 4 zawór wielostopniowy 50 jest przedstawiony w pozycji zamkniętej. Oba stopnie 60 i 70 zaworu znajdują się w pozycji całkowicie zamkniętej. Oba stopnie 60 i 70 zaworu leżą przy tym w jednej płaszczyźnie, są zatem ustawione w tej samej pozycji. Aby strumień

186 990 masy powietrza, znajdujący się wewnątrz kabiny samolotu, nie mógł wydostać się z zaworu wielostopniowego 50, nachylony obszar końcowy 63 pierwszego stopnia 60 zaworu jest mocno dociśnięty do również nachylonej płytki kierującej 76 drugiego stopnia 70 zaworu. Ponadto w tym obszarze umieszczony jest dodatkowy element uszczelniający 79, co zapewnia całkowite uszczelnienie zaworu wielostopniowego.

Na fig. 5 zawór wielostopniowy 50 jest przedstawiony z otwartym pierwszym stopniem 60. To położenie zaworu wybiera się wówczas, gdy samolot znajduje się na wysokości rejsowej, na której panuje duża różnica ciśnień pomiędzy wnętrzem kabiny i otoczeniem samolotu. Pierwszy stopień 60 zaworu jest otwarty na tyle, że nie tylko możliwa jest regulacja wychodzącego strumienia masy powietrza, lecz również osiągany jest maksymalny przyrost ciągu przez wychodzący strumień masy powietrza. Drugi stopień 70 zaworu jest natomiast na tyle zamknięty, że nie może przezeń wydostawać się strumień masy powietrza. Strumień masy powietrza jest odchylany przez koniec 73 drugiego stopnia 70 zaworu i kanalizowany przez ukośne płytki kierujące 66 i 76. Otwarcie pierwszego stopnia 60 zaworu następuje poprzez obrót mechanizmu napędowego 40 w kierunku strzałki D.

Na fig. 6 zawór wielostopniowy 50 jest przedstawiony w swym całkowicie otwartym położeniu. Ta otwarta pozycja zaworu wielostopniowego 50 jest wybierana wówczas, gdy pomiędzy wnętrzem kabiny i otoczeniem samolotu panuje jedynie niewielka różnica ciśnień, co ma miejsce na przykład podczas lotów na małych wysokościach lub podczas przebywania samolotu na ziemi.

Zarówno pierwszy stopień 60 zaworu, jak też drugi stopień 70 zaworu w pozycji całkowicie otwartej są ustawione znowu w tym samym położeniu. W odróżnieniu od przykładu wykonania z fig. 1 do 3 nie znajdują się one jednak teraz w tej samej płaszczyźnie, lecz są równoległe względem siebie. Również takie ustawienie obu stopni 60, 70 zaworu sprawia, że strumień masy powietrza napotyka jedynie minimalny opór. Jednocześnie uzyskuje się możliwie duży otwór, przez który strumień masy powietrza może wychodzić z zaworu wielostopniowego 50.

Na fig. 7 do 9 przedstawiony jest kolejny przykład wykonania zaworu wielostopniowego według wynalazku.

Jak widać na fig. 7, zawór wielostopniowy 80 jest także umieszczony w otworze zaworowym 81 w kadłubie samolotu. Zawór wielostopniowy 80 ma pierwszy stopień 100, drugi stopień 110 oraz mechanizm napędowy 90. Pierwszy stopień 100 zaworu i drugi stopień 110 zaworu są umieszczone jeden za drugim w otworze zaworowym 81. W odróżnieniu od przykładów wykonania z fig. 1 do 6 medium dochodzi najpierw w kierunku strzałki L do drugiego stopnia 110, a dopiero potem do pierwszego stopnia 100 zaworu.

Zawór wielostopniowy 80 ma kształt zbliżony do prostokątnego i jest zaopatrzony w ramę 83. Rama 83 obejmuje otwór zaworowy 81 z trzech stron. Z czwartej strony, z której umieszczony jest pierwszy stopień 100 zaworu, rama 83 jest zaopatrzona w krzywiznę, stanowiącą obszar 84.

Mechanizm napędowy 90 ma trzy elementy przegubowe 91, 92, 93, połączone ze sobą za pomocą przegubów obrotowych 94. Elementy przegubowe 92 i 93, służące do uruchamiania stopni 100, 110 zaworu, są na wspólnej osi połączone z elementem przegubowym 91. Przegubowe zamocowanie na stopniach 100, 110 zaworu jest zrealizowane również za pomocą przegubów obrotowych 94.

Pierwszy stopień 100 zaworu ma pałąk 101, uchylny wokół osi obrotów 102. Pałąk 101 jest połączony sztywno z dwoma odcinkami 103, 104, tworzących w przybliżeniu ćwierćwałek. Odcinek 103 jest przy tym dopasowany do krzywizny obszaru 84 i może się po niej ślizgać. Odcinek 104 ma kształt zbliżony do ćwiartki koła.

Drugi stopień 110 zaworu ma odcinek mocujący 111, na którym znajduje się przegub obrotowy 94 do zamocowania elementu przegubowego 93 i który jest uchylny wokół osi obrotów 112. Dla ułatwienia ruchu uchylnego drugi stopień 110 zaworu jest zaokrąglony od strony ramy 83. Drugi stopień 110 zaworu ma ponadto, od strony pierwszego stopnia 100 zaworu, wargowy odcinek 113. Stopień ten pogrubia się, począwszy od odcinka 113, i przechodzi w następny, w przybliżeniu płytkowy odcinek 114.

186 990

Zasada działania zaworu wielostopniowego 80 jest opisana poniżej w odniesieniu do fig. 7 do 9.

Na fig. 7 zawór wielostopniowy 80 jest przedstawiony w pozycji zamkniętej. Oba stopnie 100, 110 zaworu znajdują się w swych całkowicie zamkniętych położeniach. Oba stopnie 100,110 zaworu leżą przy tym w przybliżeniu w jednej płaszczyźnie, a zatem są ustawione w tej samej pozycji. Aby strumień masy powietrza, znajdujący się w kabinie samolotu, nie mógł wydostawać się z zaworu wielostopniowego 80, mający kształt zbliżony do ćwiartki koła odcinek 104 pierwszego stopnia 100 zaworu jest mocno dociśnięty do wargowego odcinka 113 drugiego stopnia 110 zaworu. Ponadto można zastosować nie przedstawione bliżej elementy uszczelniające.

W celu otwarcia zaworu wielostopniowego 80 element przegubowy 91 przechyla się w kierunku strzałki D. Wskutek tego pierwszy stopień 100 zaworu zostaje nieco otwarty, ustawiając się w położeniu przedstawionym na fig. 8. To położenie zaworu wybiera się wówczas, gdy samolot znajduje się na wysokości rejsowej, na której panuje duża różnica ciśnień pomiędzy wnętrzem kabiny i otoczeniem samolotu. Pierwszy stopień 100 zaworu jest na tyle otwarty, że nie tylko możliwa jest regulacja wychodzącego strumienia masy powietrza, lecz również osiągany jest maksymalny przyrost ciągu przez wychodzący strumień masy powietrza. Wychodzący strumień masy powietrza przepływa przy tym przez otwór 105, utworzony pomiędzy odcinkiem 104 pierwszego stopnia 100 zaworu oraz drugim stopniem 110 zaworu. Drugi stopień 110 zaworu jest ponadto na tyle zamknięty, że nie może przezeń wydostawać się strumień masy powietrza. Kanalizowanie wychodzącego strumienia masy powietrza odbywa się poprzez odcinek 113 drugiego stopnia 110 zaworu, odcinek 104 pierwszego stopnia 100 zaworu oraz przez ramę 83.

Na fig. 9 zawór wielostopniowy 80 jest ukazany w swoim całkowicie otwartym położeniu, osiąganym przez dalsze przechylanie elementu przegubowego 91 w kierunku strzałki D. Ta otwarta pozycja zaworu wielostopniowego 80 zostaje wybrana wówczas, gdy pomiędzy wnętrzem kabiny samolotu i jego otoczeniem panuje jedynie niewielka różnica ciśnień, jak to ma miejsce przykładowo na ziemi lub podczas lotów na małych wysokościach.

Pierwszy stopień 100 zaworu jest w całkowicie otwartym stanie wyjęty z otworu zaworowego 81. Odcinek 104 jest przy tym tak ukształtowany, że w tym całkowicie otwartym stanie uzupełnia on ramę 83. Wychodzący strumień masy powietrza jest zatem dobrze kanalizowany. Drugi stopień 110 zaworu jest w całkowicie otwartym stanie ustawiony w przybliżeniu prostopadle do otworu zaworowego 81. Dlatego też stawia on bardzo mały opór wychodzącemu strumieniowi masy powietrza. Jednocześnie otwór zaworowy 81 ulega maksymalnemu zwiększeniu.

W przykładzie wykonania zaworu wielostopniowego 80, ukazanym na fig. 7 do 9, medium dopływa do zaworu w kierunku strzałki L tak, że najpierw omywany jest drugi stopień 110, a następnie pierwszy stopień 100 zaworu. Ten układ stopni 100, 110 zaworu zmniejsza 'moment obrotowy, potrzebny do uruchomienia zaworu wielostopniowego 80, co jest opisane bliżej w odniesieniu do fig. 8.

Na fig. 8 zawór wielostopniowy jest przedstawiony z otwartym pierwszym stopniem 100 zaworu. Otwór 105 umożliwia wychodzenie strumienia masy powietrza. Strumień masy powietrza miesza się z powietrzem z otoczenia, przepływającym w kierunku strzałki L. Wskutek tego powstają zawirowania, które z uwagi na powstające w wirach różnice ciśnień powodują wytwarzanie sił. Siły te występują za zaworem wielostopniowym 80 i są zwrócone w kierunku strzałki L, w związku z czym nie oddziałują one na drugi stopień 110 zaworu, lecz bezpośrednio na kadłub samolotu. Drugi stopień 110 zaworu jest zatem obciążony w zasadzie jedynie różnicą ciśnień pomiędzy kabiną i powietrzem atmosferycznym, natomiast nie podlega działaniu zawirowań. To z kolei sprawia, że jego przemieszczenie w całkowicie otwartą pozycję z fig. 9 wymaga użycia mniejszego momentu obrotowego, niż ma to miejsce w przykładach wykonania z fig. 4 do 6.

Wspólna cecha wszystkich przykładów wykonania wynalazku polega na tym, że zawór wielostopniowy można umieścić w pojedynczym otworze zaworowym samolotu, oraz że mniejszy pierwszy stopień zaworu można uruchamiać niezależnie od drugiego stopnia zaworu, za pomocą jednego mechanizmu napędowego. Dzięki temu wychodzący strumień masy

186 990 powietrza może spowodować maksymalny przyrost ciągu, co pozwala zaoszczędzić energię. Dla wystarczającego uszczelnienia pomiędzy czołowymi powierzchniami stopni zaworu i odpowiednimi otworami zaworowymi, a także pomiędzy łączącymi się ze sobą obszarami stopni zaworu można umieścić elementy uszczelniające, które na figurach przedstawiono jedynie częściowo z uwagi na prostotę rysunku.

186 990

113

186 990

186 990

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zl.

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób regulacji ciśnienia w kabinie urządzenia latającego, zwłaszcza samolotu, znamienny tym, że stosuje się zawór wielostopniowy (10; 50; 80), złożony z mniejszego pierwszego stopnia (20; 60; 100) i większego drugiego stopnia (30; 70; 110), umieszczonych we wspólnym otworze zaworowym (11; 51, 81) i połączonych ze wspólnym mechanizmem napędowym (40; 90) do oddzielnego otwierania stopni zaworu, z których mniejszy pierwszy stopień otwiera się przed większym drugim stopniem, przy czym podczas lotu przy dużej różnicy ciśnień zwiększa się ciśnienie w kabinie, uruchamiając i otwierając za pomocą mechanizmu napędowego (40; 90) mniejszy pierwszy stopień zaworu celem częściowego otwarcia otworu zaworowego (11; 51; 81), zaś podczas lotu przy małej różnicy ciśnień po otwarciu mniejszego pierwszego stopnia (10; 50; 80) uruchamia się i otwiera za pomocą mechanizmu napędowego (40; 90) większy drugi stopień (30; 70; 110) zaworu, otwierając całkowicie otwór zaworowy (11; 51; 81).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy stopień (20; 60) zaworu i drugi stopień (30; 70) zaworu w położeniu całkowicie otwartym i położeniu całkowicie zamkniętym ustawia się za pomocą mechanizmu napędowego (40) w tej samej pozycji.
3. 3. Zawór wielostopniowy, zwłaszcza zawór do wentylacji kabiny w urządzeniu latającym, zawierający mniejszy pierwszy stopień i większy drugi stopień oraz mechanizm napędowy, znamienny tym, że pierwszy stopień (20; 60; 100) zaworu i drugi stopień (30; 70; 110) zaworu są połączone z mechanizmem napędowym (40; 90), uruchamiającym i otwierającym mniejszy pierwszy stopień (20; 60; 100) zaworu przed uruchomieniem i otworzeniem drugiego stopnia (30; 70,110) zaworu i oddzielnie względem niego.
4. 4. Zawór wielostopniowy według zastrz. 3, znamienny tym, że pierwszy stopień (20; 60; 100) zaworu i/lub drugi stopień (30; 70; 110) zaworu mają kształt płytkowy.
5. 5. Zawór wielostopniowy według zastrz. 3, znamienny tym, że pierwszy stopień (20) zaworu jest umieszczony wewnątrz drugiego stopnia (30) zaworu.
6. 6. Zawór wielostopniowy według zastrz. 5, znamienny tym, że pierwszy stopień (20) zaworu ma kształt prostokątny i/lub drugi stopień (30) zaworu ma zarys w zasadzie okrągły.
7. 7. Zawór wielostopniowy według zastrz. 3, znamienny tym, że pierwszy stopień (60; 100) zaworu i drugi stopień (70; 110) zaworu są umieszczone jeden za drugim w otworze zaworowym (51; 81).
8. 8. Zawór wielostopniowy według zastrz. 6, znamienny tym, że pierwszy stopień (20; 60) zaworu i/lub drugi stopień (70; 100) zaworu ma kształt prostokątny.
9. 9. Zawór wielostopniowy według zastrz. 3, znamienny tym, że mechanizm napędowy (40; 90) ma postać mechanizmu sprzężonego, zawierającego co najmniej dwa elementy przegubowe (41, 42, 43, 44; 91, 92, 93), połączone obrotowo ze sobą.
10. 10. Zawór wielostopniowy według zastrz. 9, znamienny tym, że co najmniej dwa elementy przegubowe (41, 42, 43, 44; 91, 92, 93) są połączone obrotowo ze sobą za pomocą przegubów obrotowych (45; 94).
11. 11. Zawór wielostopniowy według zastrz. 3, znamienny tym, że pierwszy stopień (20; 60) zaworu i drugi stopień (30; 70) zaworu w położeniu całkowicie otwartym i położeniu całkowicie zamkniętym znajdują się w tej samej pozycji.
12. 12. Zawór wielostopniowy według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że mechanizm napędowy (40) zawiera cztery elementy przegubowe (41, 42, 43, 44).
13. 13. Zawór wielostopniowy według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że mechanizm napędowy (90) zawiera trzy elementy przegubowe (91, 92, 93).

    186 990
14. 14. Zawór wielostopniowy według zastrz. 3 albo 7, znamienny tym, że otwór zaworowy (81) jest otoczony ramą (83).
15. 15. Zawór wielostopniowy według zastrz. 14, znamienny tym, że rama (83) ma krzywiznę w obszarze (84), stanowiącym powierzchnię przylegania dla pierwszego stopnia (100) zaworu.
16. 16. Zawór wielostopniowy według zastrz. 15, znamienny tym, że przy otwartym pierwszym stopniu (100) zaworu po stronie odwrotnej względem drugiego stopnia (110) zaworu znajduje się otwór (105).
17. 17. Zawór wielostopniowy według zastrz. 15 albo 16, znamienny tym, że pierwszy stopień (100) zaworu w stanie całkowicie otwartym znajduje się poza otworem zaworowym (81).