RU157968U1

RU157968U1 - INTEGRATED AIRCRAFT COOLING SYSTEM

Info

Publication number: RU157968U1
Application number: RU2015106542/11U
Authority: RU
Inventors: Михаил Николаевич Корчагов
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2015-12-20

Abstract

1. Система охлаждения для самолета, содержащая теплообменники для охлаждения самолетных систем, последовательно установленные в прямом топливном трубопроводе, соединяющем основной топливный бак с двигателем, а также воздухотопливный теплообменник и обратный топливный трубопровод, отличающаяся тем, что воздухотопливный теплообменник установлен в прямом топливном трубопроводе после теплообменников для охлаждения самолетных систем.2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что обратный топливный трубопровод соединяет выход воздухотопливного теплообменника с основным топливным баком.3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что обратный топливный трубопровод содержит клапан перепуска топлива по его давлению.4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что она содержит дополнительный обратный топливный трубопровод, который соединяет двигатель с основным топливным баком, причем этот трубопровод содержит клапан перепуска топлива по температуре.5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что она содержит дополнительный топливный бак, трубопровод для перекачки топлива из дополнительного топливного бака в основной топливный бак, установленный в этом трубопроводе насос, а также трубопровод для перелива топлива из основного топливного бака в дополнительный топливный бак.6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в число упомянутых теплообменников для охлаждения самолетных систем входит теплообменник для охлаждения гидравлической системы самолета.7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в число упомянутых теплообменников для охлаждения самолетных систем входит теплообменник для охлаждения маслосистемы двигателя.8. Система по п. 1, отличаю1. Aircraft cooling system, comprising heat exchangers for cooling aircraft systems, sequentially installed in a direct fuel pipe connecting the main fuel tank to the engine, and an air fuel heat exchanger and a return fuel pipe, characterized in that the air fuel heat exchanger is installed in the direct fuel pipe after the heat exchangers for cooling aircraft systems. 2. The system according to claim 1, characterized in that the return fuel pipe connects the outlet of the air-fuel heat exchanger with the main fuel tank. 3. The system according to claim 2, characterized in that the fuel return pipe comprises a fuel bypass valve according to its pressure. The system according to claim 3, characterized in that it contains an additional return fuel pipe that connects the engine to the main fuel tank, and this pipe contains a fuel bypass valve for temperature. The system according to claim 4, characterized in that it contains an additional fuel tank, a pipeline for pumping fuel from the additional fuel tank to the main fuel tank, a pump installed in this pipeline, and a pipeline for overfilling fuel from the main fuel tank to the additional fuel tank. 6. The system according to claim 1, characterized in that the number of heat exchangers for cooling aircraft systems includes a heat exchanger for cooling the hydraulic system of the aircraft. The system according to claim 1, characterized in that the number of heat exchangers for cooling aircraft systems includes a heat exchanger for cooling the engine oil system. The system of claim 1, distinguish

Description

Полезная модель относится к авиации, в частности - к системам охлаждения самолетных систем с использованием топлива в качестве хладагента.The utility model relates to aviation, in particular to cooling systems for aircraft systems using fuel as a refrigerant.

Известна система теплообмена для самолета, описанная в US 4505124 и использующая самолетное топливо в качестве теплообменной среды (теплоносителя, хладагента). Система содержит основной топливный бак для хранения и снабжения топливом двигателя, первую топливную линию (первый прямой трубопровод), по которой топливо поступает из основного топливного бака к двигателю для сгорания, основной топливный насос для перекачки топлива к двигателю через первую топливную линию. Имеется вторая топливная линия (обратный трубопровод) между основным топливным баком и входом двигателя для возврата в основной топливный бак топлива, избыточного в данный момент для двигателя. Во второй топливной линии имеется управляемый клапан для регулирования потока топлива. В первой топливной линии имеется хотя бы один теплообменник для теплообмена между протекающим топливом и системами самолета (гидросистемой самолета, маслосистемой двигателя). Во второй топливной линии также имеется теплообменник для теплообмена между протекающим топливом и системами самолета (системой кондиционирования воздуха в кабине). Охлаждение авионики реализовано через контур, заполненный иным теплоносителем и содержащий испаритель, компрессор, клапан и конденсаторы, имеющие возможность теплообмена с топливом, протекающим по первой топливной линии.A known heat exchange system for an aircraft, described in US 4505124 and using aircraft fuel as a heat transfer medium (coolant, refrigerant). The system comprises a main fuel tank for storing and supplying engine fuel, a first fuel line (first straight pipe) through which fuel flows from the main fuel tank to the engine for combustion, and a main fuel pump for pumping fuel to the engine through the first fuel line. There is a second fuel line (return pipe) between the main fuel tank and the engine inlet to return to the main fuel tank the fuel that is currently excessive for the engine. In the second fuel line there is a controlled valve for regulating the flow of fuel. The first fuel line has at least one heat exchanger for heat exchange between the flowing fuel and the aircraft systems (aircraft hydraulic system, engine oil system). The second fuel line also has a heat exchanger for heat exchange between the flowing fuel and the aircraft systems (cabin air conditioning system). Avionics are cooled through a circuit filled with another coolant and containing an evaporator, compressor, valve and condensers that can be exchanged with fuel flowing through the first fuel line.

Для предотвращения перегрева топлива в результате получения тепла от систем самолета описанная в US 4505124 система содержит резервный бак для хранения охлажденного топлива и дополнительное средство охлаждения топлива в резервном баке (контур из испарителя, компрессора и клапана). Резервный бак подключен через третью топливную линию к первой топливной линии в точке между основным топливным насосом и последующими элементами первой топливной линии, причем третья топливная линия снабжена управляемым клапаном для регулирования потока топлива. Имеется резервный топливный насос для подкачки топлива из резервного топливного бака в случае перегрева топлива в первой топливной линии. Имеется контур с иным теплоносителем для охлаждения топлива в резервном баке, содержащий установленный в резервном баке испаритель, а также компрессор, клапаны и конденсаторы, установленные на первой топливной линии. Система содержит также управляющую систему для определения скорости потока топлива в каждой из топливных линий, датчики для определения температуры топлива в различных точках, средства для управления потоком топлива в топливных линиях (упомянутые управляемые клапаны).To prevent overheating of the fuel as a result of heat from aircraft systems, the system described in US 4505124 contains a reserve tank for storing chilled fuel and an additional means of cooling the fuel in a reserve tank (circuit from an evaporator, compressor and valve). The reserve tank is connected through a third fuel line to a first fuel line at a point between the main fuel pump and subsequent elements of the first fuel line, the third fuel line having a controllable valve for controlling fuel flow. There is a reserve fuel pump for pumping fuel from the reserve fuel tank in case of fuel overheating in the first fuel line. There is a circuit with another coolant for cooling the fuel in the reserve tank, containing an evaporator installed in the reserve tank, as well as a compressor, valves and condensers installed on the first fuel line. The system also includes a control system for determining the flow rate of fuel in each of the fuel lines, sensors for determining the temperature of the fuel at various points, means for controlling the flow of fuel in the fuel lines (said controlled valves).

Основным недостатком системы, описанной в US 4505124, является ее большой вес из-за наличия резервного топливного бака, необходимого для предотвращения перегрева топлива. Его вес может составлять до 500 кг, но оно не может быть израсходовано в полете, а только в последние минуты посадки, после расхода топлива основного бака. Ввиду сложности планирования такой ситуации это топливо является постоянным балластом.The main disadvantage of the system described in US 4505124, is its heavy weight due to the presence of a backup fuel tank, necessary to prevent overheating of the fuel. Its weight can be up to 500 kg, but it can not be spent in flight, but only in the last minutes of landing, after the fuel consumption of the main tank. Due to the difficulty of planning such a situation, this fuel is a constant ballast.

Наиболее близким техническим решением является интегрированная система теплообмена и охлаждения для самолета, описанная в US 6415595. В ней для предотвращения перегрева топлива, используемого для охлаждения различных бортовых систем самолета, применен воздухо-топливный теплообменник. В этой системе первая топливная линия (первый трубопровод) проходит от топливного бака через насос, теплообменник для охлаждения какой-либо нагрузки (например, электрооборудования), и клапан, предотвращающий обратный поток топлива, в последовательно установленные теплообменники для охлаждения гидравлической системы, AMAD, маслосистемы двигателя к клапану, разделяющему топливо на поток, идущий в двигатель на сжигание, и поток, идущий по обратному трубопроводу (второй топливной линии). Последний поток топлива охлаждает воздух, который в свою очередь охлаждает авионику и других агрегаты самолета, и затем этот поток сам охлаждается в воздухо-топливном теплообменнике забортным воздухом, возвращается в первый трубопровод после упомянутого клапана, предотвращающего обратный поток топлива.The closest technical solution is the integrated heat exchange and cooling system for an aircraft, described in US 6415595. In it, an air-fuel heat exchanger is used to prevent overheating of the fuel used to cool various aircraft on-board systems. In this system, the first fuel line (first pipeline) passes from the fuel tank through a pump, a heat exchanger to cool any load (for example, electrical equipment), and a valve that prevents fuel backflow to heat exchangers for cooling the hydraulic system, AMAD, and oil system in series engine to the valve, dividing the fuel into a stream going to the engine for combustion, and a stream going through the return pipe (second fuel line). The last fuel stream cools the air, which in turn cools the avionics and other components of the aircraft, and then this stream itself is cooled in the air-fuel heat exchanger with outboard air, returns to the first pipe after the above-mentioned valve, which prevents the return flow of fuel.

Недостатком этого решения является то, что топливо в двигатели отбирается из точки, где топливо имеет наибольшую температуру. Это неприемлемо для самолетов с большой нагрузкой, где применение такой системы может привести к тому, что поступающее в двигатели топливо будет иметь слишком высокую температуру.The disadvantage of this solution is that the fuel in the engines is taken from the point where the fuel has the highest temperature. This is unacceptable for heavy-duty aircraft, where the use of such a system can lead to the fact that the fuel entering the engines will have too high a temperature.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в предотвращении попадания в двигатель топлива с повышенной температурой.The technical result, which the utility model aims to achieve, is to prevent the ingress of fuel with an elevated temperature into the engine.

Указанный технический результат достигается тем что, в системе охлаждения для самолета, содержащей теплообменники для охлаждения самолетных систем, последовательно установленные в прямом топливном трубопроводе, соединяющем основной топливный бак с двигателем, а также воздухо-топливный теплообменник и обратный топливный трубопровод, воздухо-топливный теплообменник установлен в прямом топливном трубопроводе после теплообменников для охлаждения самолетных систем.The specified technical result is achieved by the fact that, in the cooling system for an aircraft containing heat exchangers for cooling aircraft systems, sequentially installed in a direct fuel pipe connecting the main fuel tank to the engine, as well as an air-fuel heat exchanger and a return fuel pipe, an air-fuel heat exchanger is installed in the direct fuel line after heat exchangers for cooling aircraft systems.

Обратный топливный трубопровод может соединять выход воздухо-топливного теплообменника с основным топливным баком.A fuel return pipe can connect the air-fuel heat exchanger outlet to the main fuel tank.

Обратный топливный трубопровод может содержать клапан перепуска топлива по его давлению.The fuel return pipe may include a fuel bypass valve for its pressure.

Система может содержать дополнительный обратный топливный трубопровод, который соединяет двигатель с основным топливным баком, причем этот трубопровод содержит клапан перепуска топлива по температуре.The system may include an additional fuel return pipe that connects the engine to the main fuel tank, and this pipe contains a fuel bypass valve for temperature.

Система может содержать дополнительный топливный бак, трубопровод для перекачки топлива из дополнительного топливного бака в основной топливный бак, установленный в этом трубопроводе насос, а также трубопровод для перелива топлива из основного топливного бака в дополнительный топливный бак.The system may include an additional fuel tank, a pipeline for transferring fuel from the additional fuel tank to the main fuel tank, a pump installed in this pipeline, and a pipeline for overfilling fuel from the main fuel tank to the additional fuel tank.

В число упомянутых теплообменников для охлаждения самолетных систем может входить теплообменник для охлаждения гидравлической системы самолета.Said heat exchangers for cooling aircraft systems may include a heat exchanger for cooling the hydraulic system of the aircraft.

В число упомянутых теплообменников для охлаждения самолетных систем может входить теплообменник для охлаждения маслосистемы двигателя.Said heat exchangers for cooling aircraft systems may include a heat exchanger for cooling the engine oil system.

В число упомянутых теплообменников для охлаждения самолетных систем может входить теплообменник для системы кондиционирования воздуха.Said heat exchangers for cooling aircraft systems may include a heat exchanger for an air conditioning system.

В число упомянутых теплообменников для охлаждения самолетных систем может входить топливо-жидкостной теплообменник для охлаждения электронных устройств.Said heat exchangers for cooling aircraft systems may include a fuel-liquid heat exchanger for cooling electronic devices.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема предлагаемой системы.The utility model is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of the proposed system.

Система охлаждения для самолета содержит теплообменники 3, 4, 5, 6 для охлаждения самолетных систем, которые последовательно установлены в прямом топливном трубопроводе 12, соединяющем основной топливный бак 2 с двигателем 20. В трубопроводе 12 после бака 2 имеется топливный насос 21, обеспечивающий перекачку топлива от бака 2 к двигателю 15. Топливный насос 21 установлен так, что он забирает топливо из расходного отсека 22 бака 2.The aircraft cooling system includes heat exchangers 3, 4, 5, 6 for cooling aircraft systems, which are sequentially installed in the direct fuel pipe 12 connecting the main fuel tank 2 to the engine 20. In the pipe 12 after the tank 2 there is a fuel pump 21, providing fuel transfer from the tank 2 to the engine 15. The fuel pump 21 is installed so that it takes fuel from the consumable compartment 22 of the tank 2.

Целесообразно использовать такие теплообменники для охлаждения самолетных систем:It is advisable to use such heat exchangers for cooling aircraft systems:

- топливо-жидкостной теплообменник (ТЖТ) 3 для охлаждения электронных устройств (в нем в топливо переходит тепло от охлаждающей жидкости, циркулирующей в контурах охлаждения БРЭО),- a fuel-liquid heat exchanger (TLC) 3 for cooling electronic devices (in it heat is transferred to the fuel from the coolant circulating in the avionics cooling circuits),

- топливо-воздушный теплообменник (ТВТ) 4 для охлаждения воздуха системы кондиционирования воздуха,- fuel-air heat exchanger (TBT) 4 for cooling the air conditioning system,

- топливо-масляный теплообменник (ТМТ) 5 для охлаждения рабочей жидкости гидравлической системы самолета,- fuel-oil heat exchanger (TMT) 5 for cooling the working fluid of the aircraft hydraulic system,

- топливо-масляный теплообменник (ТМТ) 6 для охлаждения масла генератора в маслосистеме.- fuel-oil heat exchanger (TMT) 6 for cooling the generator oil in the oil system.

Система содержит воздухо-топливный теплообменник 7 для охлаждения топлива забортным воздухом, поступающим через воздухозаборник 11. Теплообменник 7 установлен в трубопроводе 12 после теплообменников 3, 4, 5, 6 перед двигателем 20.The system contains an air-fuel heat exchanger 7 for cooling the fuel with outside air coming through the air intake 11. The heat exchanger 7 is installed in the pipe 12 after the heat exchangers 3, 4, 5, 6 in front of the engine 20.

Система содержит также обратный топливный трубопровод 13 для возврата избыточного для двигателя 20 топлива в топливный бак 2. Трубопровод 13 соединен с трубопроводом 12 в точке 15 непосредственно перед двигателем 20 и таким образом соединяет выход воздухо-топливного теплообменника 7 с основным топливным баком 2.The system also includes a fuel return pipe 13 for returning excess fuel for the engine 20 to the fuel tank 2. The pipe 13 is connected to the pipe 12 at a point 15 immediately in front of the engine 20 and thus connects the outlet of the air-fuel heat exchanger 7 with the main fuel tank 2.

Обратный трубопровод 13 содержит клапан 9 перепуска топлива по перепаду давления, открывающийся при увеличении давления.The return line 13 comprises a differential pressure valve 9 for differential pressure, which opens when the pressure increases.

Система содержит также дополнительный обратный топливный трубопровод 14, который соединяет двигатель 20 с основным топливным баком 2, в частности, с его расходным отсеком 22. Трубопровод 14 предназначен для возврата топлива от двигателя 20 в расходный отсек 22 бака 2. В трубопроводе 14 установлен клапан 8 перепуска топлива по температуре для предотвращения перегрева топлива в двигателе. Клапан 8 открывается при превышении значения температуры топлива заданного верхнего предела и закрывается при достижении значения температуры топлива заданного нижнего предела. Наличие трубопровода 14 и клапана 8 позволяет избежать этого перегрева до тех пор, пока расходный отсек 22 не перегреется.The system also contains an additional fuel return pipe 14, which connects the engine 20 to the main fuel tank 2, in particular, to its consumable compartment 22. The pipe 14 is designed to return fuel from the engine 20 to the consumable compartment 22 of the tank 2. A valve 8 is installed in the pipeline 14 temperature bypass of fuel to prevent overheating of fuel in the engine. Valve 8 opens when the fuel temperature exceeds a predetermined upper limit and closes when the fuel temperature reaches a predetermined lower limit. The presence of the pipe 14 and the valve 8 avoids this overheating until the consumable compartment 22 does not overheat.

Система содержит также дополнительный топливный бак 23, трубопровод 16 для перекачки топлива из дополнительного топливного бака 23 в основной топливный бак 2, установленный в трубопроводе 16 насос 24, а также трубопровод 17 для перелива топлива из основного топливного бака 2 в дополнительный топливный бак 23.The system also contains an additional fuel tank 23, a pipe 16 for pumping fuel from the additional fuel tank 23 to the main fuel tank 2, a pump 24 installed in the pipe 16, and a pipe 17 for overflowing fuel from the main fuel tank 2 to the additional fuel tank 23.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Из расходного отсека 22 топливо насосами 21 перегоняется по трубопроводу 12, проходя через теплообменники 3, 4, 5, 6, охлаждая при этом соответствующие теплоносители. Затем оно охлаждается в воздухо-топливном теплообменнике 7 воздухом из воздухозаборника 11. В точке 15 поток разделяется: часть идет в двигатель 20, а часть (если потребление топлива двигателями меньше потока, проходящего через теплообменники 2-7) возвращается по трубопроводу 13 в бак 2.From the consumable compartment 22, the fuel is pumped by pumps 21 through a pipe 12, passing through heat exchangers 3, 4, 5, 6, while cooling the corresponding coolants. Then it is cooled in the air-fuel heat exchanger 7 by air from the air intake 11. At point 15, the flow is separated: part goes to the engine 20, and part (if the fuel consumption by the engines is less than the flow passing through the heat exchangers 2-7) is returned through the pipe 13 to the tank 2 .

Потребный расход топлива через теплообменники 3-7 поддерживается клапаном 9 перепуска топлива по перепаду давления. Когда суммарный расход топлива двигателями 20 меньше заданного через теплообменники 3-7, давление повышается, клапан 9 открывается, и часть топлива идет в трубопровод 13 и сливается в бак 2.The required fuel consumption through heat exchangers 3-7 is supported by a fuel pressure bypass valve 9. When the total fuel consumption of the engines 20 is less than the set through the heat exchangers 3-7, the pressure rises, the valve 9 opens, and part of the fuel goes into the pipe 13 and merges into the tank 2.

В случае перегрева топлива в двигателе 20 открывается клапан 8 и часть топлива по трубопроводу 14 перетекает в расходный отсек 22 бака 2. Это позволяет предотвратить кратковременный перегрев топлива в двигателе 20 без увеличения оборотов двигателя (рулежка после посадки и т.п.).In case of overheating of the fuel in the engine 20, the valve 8 opens and part of the fuel flows through the pipe 14 to the consumable compartment 22 of the tank 2. This helps prevent short-term overheating of the fuel in the engine 20 without increasing engine speed (taxiing after landing, etc.).

Чтобы не возникала ситуация, когда топлива в баке 2 его недостаточно, чтобы надлежащим образом охлаждать хладагенты в теплообменниках 3, 4, 5, 6, насосом 24 по трубопроводу 16 подкачивается более холодное топливо из дополнительного бака 23. Если топлива в баке 2 достаточно много, оно сливается назад в бак 23 по трубопроводу перепуска 17, но при этом в баке 2 топливо перемешивается и его температура снижается. Это может быть актуально при нахождении в режиме боевой готовности.In order to avoid the situation when there is not enough fuel in the tank 2, in order to properly cool the refrigerants in the heat exchangers 3, 4, 5, 6, with the pump 24, cooler fuel is pumped from the additional tank 23. If there is a lot of fuel in the tank 2, it merges back into the tank 23 through the bypass pipe 17, but in this case, the fuel in the tank 2 is mixed and its temperature decreases. This may be relevant when on standby.

Claims

1. The aircraft cooling system comprising heat exchangers for cooling aircraft systems, sequentially installed in a direct fuel pipe connecting the main fuel tank to the engine, as well as an air fuel heat exchanger and a return fuel pipe, characterized in that the air fuel heat exchanger is installed in the direct fuel pipe after the heat exchangers for cooling aircraft systems.

2. The system according to p. 1, characterized in that the return fuel pipe connects the outlet of the air-fuel heat exchanger with the main fuel tank.

3. The system according to p. 2, characterized in that the return fuel pipe contains a bypass valve for fuel pressure.

4. The system according to p. 3, characterized in that it contains an additional return fuel pipe that connects the engine to the main fuel tank, and this pipe contains a fuel bypass valve for temperature.

5. The system according to p. 4, characterized in that it contains an additional fuel tank, a pipeline for pumping fuel from the additional fuel tank to the main fuel tank, a pump installed in this pipeline, as well as a pipeline for overflowing fuel from the main fuel tank to the additional fuel tank.

6. The system according to claim 1, characterized in that the number of heat exchangers for cooling aircraft systems includes a heat exchanger for cooling the hydraulic system of the aircraft.

7. The system according to p. 1, characterized in that the number of heat exchangers for cooling aircraft systems includes a heat exchanger for cooling the engine oil system.

8. The system according to p. 1, characterized in that the number of heat exchangers for cooling aircraft systems includes a heat exchanger for air conditioning systems.

9. The system according to p. 1, characterized in that the number of heat exchangers for cooling aircraft systems includes a fuel-liquid heat exchanger for cooling electronic devices.