RU2840887C1 - Air conditioning system for supersonic civil aircraft - Google Patents

Air conditioning system for supersonic civil aircraft Download PDF

Info

Publication number
RU2840887C1
RU2840887C1 RU2024131280A RU2024131280A RU2840887C1 RU 2840887 C1 RU2840887 C1 RU 2840887C1 RU 2024131280 A RU2024131280 A RU 2024131280A RU 2024131280 A RU2024131280 A RU 2024131280A RU 2840887 C1 RU2840887 C1 RU 2840887C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
unit
cooling
turbo
fuel
Prior art date
Application number
RU2024131280A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Валерьевич Тищенко
Сергей Александрович Абалакин
Артем Сергеевич Горновский
Петр Михайлович Сысоев
Максим Анатольевич Беляев
Константин Николаевич Губернаторов
Игорь Викторович Лихачев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский Центр "Институт имени Н.Е. Жуковского" (ФГБУ "НИЦ "Институт имени Н.Е. Жуковского")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский Центр "Институт имени Н.Е. Жуковского" (ФГБУ "НИЦ "Институт имени Н.Е. Жуковского") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский Центр "Институт имени Н.Е. Жуковского" (ФГБУ "НИЦ "Институт имени Н.Е. Жуковского")
Application granted granted Critical
Publication of RU2840887C1 publication Critical patent/RU2840887C1/en

Links

Abstract

FIELD: aircraft air conditioning systems.
SUBSTANCE: air conditioning system for supersonic civil aircraft comprises sequentially located air preparation system, an air cooling unit (ACU) and an air recirculation system. Air preparation system includes electric supercharger (KM1,2) with cooling of electric motor and its fuel control system, air-to-air heat exchanger (AT), electric fan (EV1,2), air flow sensor (DRP1,2), bypass flaps and check valves (KO1,2,3,4). Air cooling unit consists of: turbo-cooler with turbine controlled nozzle assembly, unit of fuel-air heat exchangers, unit of loop air-to-air heat exchangers, moisture separator, located before turbo-cooler turbine stage, bypass flaps and air flow control. Air recirculation system includes fan with controlled rotation frequency.
EFFECT: improving energy efficiency.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к системам кондиционирования воздуха (СКВ) летательных аппаратов, в первую очередь сверхзвуковых гражданских самолетов (СГС), и решает задачу создания и поддержания заданных параметров воздуха на выходе из СКВ во всем диапазоне эксплуатации.The invention relates to air conditioning systems (ACS) of aircraft, primarily supersonic civil aircraft (SCA), and solves the problem of creating and maintaining specified air parameters at the outlet of the ACS throughout the entire range of operation.

Для нормальной работы экипажа и оборудования необходима подача в кабину и в технические отсеки предварительно подготовленного рабочего воздуха с требуемыми значениями температуры, давления и других параметров.For normal operation of the crew and equipment, it is necessary to supply pre-prepared working air with the required values of temperature, pressure and other parameters to the cabin and technical compartments.

Наиболее распространенным вариантом СКВ летательных аппаратов (ЛА) в настоящее время являются системы с отбором рабочего воздуха от компрессоров двигателей самолета с последующей обработкой данного воздуха до требуемых параметров. При отсутствии возможности использования сжатого воздуха от компрессоров двигателей ЛА, возникает необходимость создания СКВ с автономным источником сжатого воздуха.The most common variant of the SCS of aircraft (LA) at present are systems with the selection of working air from the compressors of the aircraft engines with subsequent processing of this air to the required parameters. In the absence of the possibility of using compressed air from the compressors of the aircraft engines, it becomes necessary to create a SCS with an autonomous source of compressed air.

Учитывая высокую температуру адиабатически заторможенного набегающего потока воздуха при сверхзвуковом полете СГС, его использование в качестве хладоносителя для охлаждения электродвигателя электронагнетателя и его системы управления и для охлаждения воздуха в теплообменниках второго каскада охлаждения СКВ не позволяет получить необходимую температуру воздуха для подачи в гермокабину. В связи с этим целесообразно для указанных целей использовать в качестве хладоносителя имеющееся на борту СГС топливо.Considering the high temperature of the adiabatically decelerated oncoming air flow during supersonic flight of the SGS, its use as a coolant for cooling the electric motor of the electric supercharger and its control system and for cooling the air in the heat exchangers of the second cooling cascade of the SCS does not allow obtaining the required air temperature for supply to the pressurized cabin. In this regard, it is advisable to use the fuel available on board the SGS as a coolant for the specified purposes.

Из уровня техники известна система кондиционирования воздуха (патент US 7322202 B2), которая включает в себя блок кондиционирования воздуха для приема сжатого воздуха и преобразования нагнетаемого воздуха под давлением в кондиционированный воздух для воздушного судна. Нагнетаемый воздух поставляется системой подачи нагнетаемого воздуха в блок кондиционирования воздуха. Система подачи нагнетаемого воздуха включает в себя нагнетатель, работающий от электродвигателя. Блок кондиционирования воздуха содержит теплообменник, машину воздушного цикла, имеющую компрессор и турбину, и конденсатор.An air conditioning system is known from the prior art (patent US 7322202 B2), which includes an air conditioning unit for receiving compressed air and converting pressurized air into conditioned air for an aircraft. The pressurized air is supplied by a pressurized air supply system to the air conditioning unit. The pressurized air supply system includes a blower powered by an electric motor. The air conditioning unit contains a heat exchanger, an air cycle machine having a compressor and a turbine, and a condenser.

Известно техническое решение СКВ дальнемагистрального самолета Boeing-787, которая имеет в своем составе систему подачи воздуха наддува гермокабины электроприводными нагнетателями (Электронный журнал Aero QTR_04 2007, Boeing, стр. 6-11).A technical solution is known for the long-range Boeing-787 aircraft's air conditioning system, which includes a system for supplying pressurized cabin air with electrically driven superchargers (Electronic journal Aero QTR_04 2007, Boeing, pp. 6-11).

Недостатком двух перечисленных решений является использование для охлаждения электродвигателя электронагнетателя, его системы управления и воздуха в теплообменниках второго каскада охлаждения забортного воздуха, что не позволяет обеспечить работоспособность СКВ СГС на сверхзвуковом режиме полета.The disadvantage of the two listed solutions is the use of an electric supercharger, its control system and air in the heat exchangers of the second stage of cooling the outside air for cooling the electric motor, which does not ensure the operability of the SGS SCS in the supersonic flight mode.

Известна система кондиционирования воздуха по патенту RU 2637080, которая содержит первичный и вторичный теплообменники, петлевые теплообменники и основной турбохолодильник. Система дополнительно содержит обводной трубопровод, подключенный через заслонку после первичного теплообменника, и содержащий дополнительный турбохолодильник, подключенный по входу в компрессор и по входу в турбину к трубопроводу отбора воздуха от двигателя, при этом выход компрессора включен в основной трубопровод перед вторичным теплообменником, а выход турбины подключен к зоне атмосферного давления. Достигается обеспечение достаточной степени сжатия воздуха в компрессоре турбохолодильника при пониженном давлении поступающего в систему воздуха.An air conditioning system is known according to patent RU 2637080, which contains primary and secondary heat exchangers, loop heat exchangers and a main turbo cooler. The system additionally contains a bypass pipeline connected through a damper after the primary heat exchanger, and containing an additional turbo cooler connected at the compressor inlet and at the turbine inlet to the air bleed pipeline from the engine, wherein the compressor outlet is included in the main pipeline before the secondary heat exchanger, and the turbine outlet is connected to the atmospheric pressure zone. Ensuring a sufficient degree of air compression in the turbo cooler compressor at a reduced pressure of the air entering the system is achieved.

Недостатком рассматриваемой системы является отсутствие линии обвода петли влагоотделения, приводящее:The disadvantage of the system under consideration is the absence of a bypass line for the moisture separation loop, which leads to:

- к нагреву воздуха в петле без отделения влаги при крейсерском полете вследствие практически сухого атмосферного воздуха;- to heating of air in the loop without separation of moisture during cruising flight due to practically dry atmospheric air;

- к увеличению гидравлического сопротивления тракта выходного участка установки охлаждения воздуха.- to an increase in the hydraulic resistance of the outlet section of the air cooling unit.

Интерес представляет система для замены блока кондиционирования воздуха, работающего от двигателя, на электрический блок кондиционирования воздуха в воздушном судне (US 9617005 В1).Of interest is a system for replacing an engine-powered air conditioning unit with an electric air conditioning unit in an aircraft (US 9617005 B1).

С этой целью устанавливаются электрический компрессор, испаритель и вентилятор конденсатора. Теплообменные блоки устанавливаются в зонах самолета, которые необходимо охлаждать. Система кондиционирования воздуха имеет два циркуляционных контура. В контуре охладителя, хладагент циркулирует между электрическим компрессором, испарителем и конденсатором. Это охлаждает испаритель. Затем испаритель используется для охлаждения циркулирующего жидкого хладагента. Теплоноситель циркулирует в теплообменных аппаратах системы.For this purpose, an electric compressor, evaporator and condenser fan are installed. Heat exchange units are installed in the areas of the aircraft that need to be cooled. The air conditioning system has two circulation circuits. In the cooler circuit, the refrigerant circulates between the electric compressor, evaporator and condenser. This cools the evaporator. The evaporator is then used to cool the circulating liquid refrigerant. The coolant circulates in the heat exchangers of the system.

Недостатком представленного технического решения является: использование в составе системы кондиционирования установки охлаждения воздуха парокомпрессионного цикла, более энергетически эффективной, чем установка охлаждения воздуха воздушного цикла, но имеющей больший вес и габариты, более жесткие требования к герметичности системы, более жесткие требования к компоновке агрегатов, требующей более частого обслуживания при эксплуатации.The disadvantage of the presented technical solution is: the use of a vapor compression cycle air cooling unit in the air conditioning system, which is more energy efficient than an air cycle air cooling unit, but has a greater weight and dimensions, more stringent requirements for the tightness of the system, more stringent requirements for the arrangement of units, requiring more frequent maintenance during operation.

Также известна система кондиционирования воздуха по патенту US 2013160472 А1, включающая ветвь сжатого воздуха для передачи, подаваемого извне и сжатого воздуха, предпочтительно, отбираемого воздуха. Кроме того, предусмотрен охлаждающий контур для подачи предпочтительно жидкого хладагента, который проходит через напорный воздуховод. Система также включает первый теплообменник для теплопередачи между ветвью сжатого воздуха и контуром охлаждения, турбину сжатого воздуха, расположенную в ветви сжатого воздуха, и компрессор контура охлаждения, расположенный в контуре охлаждения и механически связанный с турбиной сжатого воздуха. Система может иметь модульную конструкцию и располагаться в оптимальных местах самолета благодаря разделению контуров сжатого воздуха и охлаждения.Also known is an air conditioning system according to patent US 2013160472 A1, which includes a compressed air branch for transferring externally supplied and compressed air, preferably bleed air. In addition, a cooling circuit is provided for supplying preferably a liquid coolant, which passes through a pressure air duct. The system also includes a first heat exchanger for heat transfer between the compressed air branch and the cooling circuit, a compressed air turbine located in the compressed air branch, and a cooling circuit compressor located in the cooling circuit and mechanically connected to the compressed air turbine. The system can have a modular design and be located in optimal places of the aircraft due to the separation of the compressed air and cooling circuits.

В качестве недостатков указанной системы можно отметить:The disadvantages of this system include:

- повышенные требования к надежности трехколесного турбокомпрессора сложной конструкции со ступенями, работающими на хладагенте и воздухе и опционально с электроприводом;- increased requirements for the reliability of a three-wheel turbocharger of complex design with stages operating on refrigerant and air and optionally with an electric drive;

- повышенные требования к герметичности, т.к. при утечке хладагента в теплообменниках на жидком хладагенте, кондиционируемый воздух не будет охлаждаться, приводная турбина на хладагенте не будет выдавать мощность и произойдет отказ системы кондиционирования;- increased requirements for tightness, since if the refrigerant leaks in the heat exchangers with liquid refrigerant, the conditioned air will not be cooled, the refrigerant-driven turbine will not produce power and the air conditioning system will fail;

- использование забортного воздуха для охлаждения в теплообменниках второго каскада охлаждения, что не позволяет обеспечить необходимую температуру воздуха для подачи в кабину при сверхзвуковом полете СГС.- the use of outside air for cooling in the heat exchangers of the second cooling stage, which does not allow for the necessary air temperature to be supplied to the cabin during supersonic flight of the SGS.

Также известна система кондиционирования воздуха по патенту RU 2807448, содержащая систему подготовки воздуха в составе связанных между собой электронагнетателя, воздухо-жидкостного криогенного теплообменника предварительного охлаждения, насоса прокачки охладителя воздуха и узла измерения расхода подготавливаемого воздуха, установку охлаждения воздуха, состоящую из связанных между собой четырехколесного турбохолодильника, основного воздухо-воздушного теплообменника, блока петлевых воздухо-воздушных теплообменников, влагоотделителей, воздухо-жидкостного криогенного теплообменника термостабилизации, заслонок перепуска и регулирования расхода воздуха и системы рециркуляции воздуха.Also known is an air conditioning system according to patent RU 2807448, containing an air preparation system consisting of an interconnected electric supercharger, an air-to-liquid cryogenic pre-cooling heat exchanger, an air cooler pump and a unit for measuring the flow rate of the air being prepared, an air cooling unit consisting of an interconnected four-wheel turbo-refrigerator, a main air-to-air heat exchanger, a block of loop air-to-air heat exchangers, moisture separators, an air-to-liquid cryogenic heat exchanger for thermal stabilization, bypass and air flow control flaps and an air recirculation system.

В качестве недостатков указанной системы можно отметить:The disadvantages of this system include:

- в составе установки охлаждения воздуха используется сложный для регулирования и менее надежный четырехколесный турбохолодильник;- the air cooling unit uses a four-wheel turbo-refrigerator that is difficult to regulate and less reliable;

- для охлаждения электродвигателя и системы управления электронагнетателя, в теплообменнике второго каскада для охлаждения кондиционируемого воздуха используется забортный воздух, что не позволяет обеспечить необходимую температуру воздуха для подачи в гермокабину;- to cool the electric motor and the control system of the electric supercharger, outside air is used in the heat exchanger of the second stage to cool the conditioned air, which does not allow for the necessary air temperature to be supplied to the pressurized cabin;

- возможность использования такой схемы только при наличии на борту криоагента.- the possibility of using such a scheme only if there is a cryogenic agent on board.

Наиболее близким по технической сущности решением к заявленному объекту является система кондиционирования воздуха (патент US 20220144438), которая включает в зависимости от конструкции турбохолодильника два или три теплообменника, в которых кондиционируемый воздух охлаждается с помощью имеющегося на борту самолета топлива. Система в зависимости от варианта имеет в своем составе один двухколесный турбохолодильник, или два последовательно соединенных двухколесных турбохолодильника, или трехколесный турбохолодильник, или четырехколесный турбохолодильник. Отделение из воздуха влаги осуществляется в петле высокого давления.The closest solution in technical essence to the claimed object is an air conditioning system (patent US 20220144438), which includes, depending on the design of the turbo-refrigerator, two or three heat exchangers in which the conditioned air is cooled using the fuel available on board the aircraft. Depending on the version, the system includes one two-wheeled turbo-refrigerator, or two two-wheeled turbo-refrigerators connected in series, or a three-wheeled turbo-refrigerator, or a four-wheeled turbo-refrigerator. Separation of moisture from the air is carried out in a high-pressure loop.

Недостатками данной системы являются:The disadvantages of this system are:

- отбор воздуха для системы осуществляется от двигателя или вспомогательной силовой установки, что отрицательно сказывается на энергетической эффективности системы и топливной эффективности самолета;- air for the system is taken from the engine or auxiliary power unit, which has a negative impact on the energy efficiency of the system and the fuel efficiency of the aircraft;

- использование параллельного охлаждения топливом кондиционируемого воздуха в теплообменниках, что приводит к повышению требуемого расхода топлива на нужды системы;- the use of parallel cooling of conditioned air with fuel in heat exchangers, which leads to an increase in the required fuel consumption for the needs of the system;

- отсутствие линии обвода петли влагоотделения, приводящее к нагреву воздуха в петле без отделения влаги при крейсерском полете вследствие практически сухого атмосферного воздуха и к увеличению гидравлического сопротивления тракта выходного участка установки охлаждения воздуха.- the absence of a bypass line for the moisture separation loop, which leads to heating of the air in the loop without separating moisture during cruising flight due to practically dry atmospheric air and to an increase in the hydraulic resistance of the outlet section of the air cooling unit.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышение энергетической эффективности СКВ во всем диапазоне эксплуатации.The technical result of the proposed invention consists in increasing the energy efficiency of the SCS in the entire range of operation.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в системе кондиционирования воздуха для подготовки сжатого воздуха используется электронагнетатель с охлаждением электродвигателя и его системы управления топливом, охлаждение воздуха осуществляется за счет основного теплообменника и ступени турбины турбохолодильника с регулируемым сопловым аппаратом или за счет лишь охлаждения в воздухо-воздушном теплообменнике, для работы СКВ исключен отбор воздуха от двигателей самолета, установка охлаждения воздуха содержит трубопровод обвода ступени турбины, блока петлевых теплообменников и влагоотделителя.The stated technical result is achieved due to the fact that in the air conditioning system for the preparation of compressed air an electric supercharger with cooling of the electric motor and its fuel management system is used, the air is cooled by the main heat exchanger and the turbine stage of the turbo-cooler with an adjustable nozzle apparatus or by cooling only in the air-to-air heat exchanger, for the operation of the SCS the air extraction from the aircraft engines is excluded, the air cooling unit contains a pipeline for bypassing the turbine stage, a block of loop heat exchangers and a moisture separator.

Дополнительно заявленная СКВ может содержать в своем составе узел регулирования расхода воздуха, размещаемый между системой подготовки воздуха и установкой охлаждения воздуха, и состоящий из заслонки регулирования расхода воздуха и узла измерения расхода воздуха.Additionally, the declared SCS may contain an air flow control unit, located between the air preparation system and the air cooling unit, and consisting of an air flow control damper and an air flow measurement unit.

Особенностями конструктивного исполнения заявленной СКВ являются:The design features of the declared SCS are:

1. Для подготовки сжатого воздуха используется электронагнетатель. Данное решение повышает энергетическую эффективность СКВ за счет использования более оптимального источника подготовки воздуха по сравнению с двигателем и вспомогательной силовой установкой самолета. Следствием повышения энергетической эффективности системы кондиционирования будет повышение топливной эффективности СГС;1. An electric supercharger is used to prepare compressed air. This solution increases the energy efficiency of the ACS by using a more optimal source of air preparation compared to the engine and the auxiliary power unit of the aircraft. The consequence of increasing the energy efficiency of the air conditioning system will be an increase in the fuel efficiency of the APU;

2. Охлаждение воздуха осуществляется за счет воздухо-воздушного теплообменника, блока топливо-воздушных теплообменников и ступени турбины турбохолодильника с регулируемым сопловым аппаратом или за счет воздухо-воздушного теплообменника и блока топливо-воздушных теплообменников, что обеспечивает оптимальные по энергозатратам режимы охлаждения, что приводит к повышению энергетической эффективности СКВ и повышению топливной эффективности СГС;2. Air cooling is carried out by means of an air-to-air heat exchanger, a block of fuel-to-air heat exchangers and a turbo-refrigerator turbine stage with an adjustable nozzle apparatus, or by means of an air-to-air heat exchanger and a block of fuel-to-air heat exchangers, which ensures cooling modes that are optimal in terms of energy consumption, which leads to an increase in the energy efficiency of the SCS and an increase in the fuel efficiency of the SGS;

3. Установка охлаждения воздуха содержит трубопровод обвода блока петлевых теплообменников и влагоотделителя, что на высотных/крейсерских режимах работы СКВ, в условиях низкого содержания влаги в атмосферном воздухе, позволяет снизить гидравлические потери по тракту рабочего воздуха и тем самым снизить затраты энергии на получение сжатого воздуха с теми же параметрами, исключить нагрев рабочего воздуха от применения петлевой схемы влагоотделения, что в комплексе будет приводить к повышению энергетической эффективности СКВ и повышению топливной эффективности СГС.3. The air cooling unit contains a bypass pipeline for the loop heat exchanger unit and a moisture separator, which, at high-altitude/cruise modes of operation of the air cooling unit, under conditions of low moisture content in the atmospheric air, allows for a reduction in hydraulic losses along the working air path and thereby a reduction in energy costs for obtaining compressed air with the same parameters, eliminating the heating of the working air from the use of a loop moisture separation system, which in combination will lead to an increase in the energy efficiency of the air cooling unit and an increase in the fuel efficiency of the air cooling system.

В предлагаемом изобретении показываются только те устройства и контуры СКВ, которые формируют воздушные контуры. Не рассматриваются вычислительные средства, ресурсы системы цифрового управления и детали алгоритмов управления СКВ. Предполагается, что информационно-вычислительные возможности перспективных самолетов и отработанные в настоящее время устройства контроля и управления СКВ, исполнительные устройства в воздушных контурах гарантируют задачи регулирования в предлагаемом изобретении, поскольку такие задачи являются типичными для существующих СКВ.The proposed invention shows only those devices and circuits of the ACS that form air circuits. Computing means, resources of the digital control system and details of the ACS control algorithms are not considered. It is assumed that the information and computing capabilities of prospective aircraft and currently tested devices for monitoring and controlling the ACS, actuators in air circuits guarantee the control tasks in the proposed invention, since such tasks are typical for existing ACS.

Далее заявленное изобретение будет описано по ссылкам на чертежи:The claimed invention will be further described with reference to the drawings:

Фиг. 1.1-1.2 - Структурная схема одной из идентичных дублирующих друг друга подсистем СКВ, располагаемых на правом и левом бортах самолета, где СПВ1, СПВ2 - система подготовки воздуха, УОВ1, УОВ2 - установка охлаждения воздуха, ВРС - воздухораспределительная сеть, КМ1(2) - электронагнетатель, AT1(2) - воздухо-воздушный теплообменник, АТ3(4) - блок топливо-воздушных теплообменников (ТВТ), АТ5(6) - блок петлевых воздухо-воздушных теплообменников; ТХ1(2) - турбохолодильник, ВД1(2) - влагоотделители, ОР1(2) - форсунки, ЭВ1 (2), ЭВ3, - электровентиляторы, Ф1, - фильтр, OK1 - озоновый конвертор, БУ1 - блок управления, КЦ1, КЦ3, - концентраторы, ЗРУ1(2), ЗРУ3, ЗРУ5(6), ЗРУ7(8), ЗРУ9(10) - запорно-регулирующие заслонки, ЗУ1 - запорная заслонка, ДРП1 (2), ДРП3 - датчики расхода воздуха, КО1(2), КО3(4), КО5(6), КО7, КО9, КОП - обратные клапаны, ДД1(2), ДД3(4), ДД5(6), ДД7, ДД9(10) - датчики давления, ДПД1(2), ДПД3, ДПД5(6) - датчики перепада давления, ДТ1(2), ДТ3(4), ДТ5(6), ДТ7(8), ДТ9, ДТП, ДТ13(14), ДТ15(16), ДТ17(18), ДТ19, ДТ21 - датчики температуры, СД1(2) - сигнализаторы давления.Fig. 1.1-1.2 - Structural diagram of one of the identical duplicating subsystems of the air conditioning system, located on the right and left sides of the aircraft, where SPV1, SPV2 - air preparation system, UOV1, UOV2 - air cooling unit, VRS - air distribution network, KM1(2) - electric supercharger, AT1(2) - air-to-air heat exchanger, AT3(4) - fuel-to-air heat exchanger (FAHE) unit, AT5(6) - air-to-air loop heat exchanger unit; TX1(2) - turbo cooler, VD1(2) - moisture separators, OR1(2) - nozzles, EV1 (2), EV3, - electric fans, F1, - filter, OK1 - ozone converter, BU1 - control unit, KC1, KC3, - concentrators, ZRU1(2), ZRU3, ZRU5(6), ZRU7(8), ZRU9(10) - shut-off and control dampers, ZU1 - shut-off damper, DRP1 (2), DRP3 - air flow sensors, KO1(2), KO3(4), KO5(6), KO7, KO9, KOP - check valves, DD1(2), DD3(4), DD5(6), DD7, DD9(10) - pressure sensors, DPD1(2), DPD3, DPD5(6) - differential pressure sensors, DT1(2), DT3(4), DT5(6), DT7(8), DT9, DTP, DT13(14), DT15(16), DT17(18), DT19, DT21 - temperature sensors, SD1(2) - pressure alarms.

Фиг. 2 - Структурная схема системы подготовки воздуха (СПВ).Fig. 2 - Structural diagram of the air preparation system (APS).

Фиг. 3 - Структурная схема установки охлаждения воздуха (УОВ).Fig. 3 - Structural diagram of the air cooling unit (ACU).

Система кондиционирования воздуха для сверхзвукового гражданского самолета (фиг. 1.1 - фиг. 1.2) содержит последовательно расположенные:The air conditioning system for a supersonic civil aircraft (Fig. 1.1 - Fig. 1.2) contains the following sequentially arranged:

- систему подготовки воздуха (фиг. 2), в состав которой входит, по меньшей мере, один электронагнетатель (КМ1(2)) с охлаждением электродвигателя и его системы управления топливом, один воздухо-воздушный теплообменник (AT1(2)), один электровентилятор (ЭВ1(2)), один датчик расхода воздуха (ДРП1(2)), две заслонки перепуска (ЗРУ1(2)) и два обратных клапана (КО1(2));- an air preparation system (Fig. 2), which includes at least one electric supercharger (KM1(2)) with cooling of the electric motor and its fuel management system, one air-to-air heat exchanger (AT1(2)), one electric fan (EV1(2)), one air flow sensor (DRP1(2)), two bypass flaps (ZRU1(2)) and two check valves (KO1(2));

- установку охлаждения воздуха (фиг. 3), состоящую, по меньшей мере, из турбохолодильника (ТХ1(2)) с регулируемым сопловым аппаратом турбины, блока топливо-воздушных теплообменников (АТ3(4)), блока петлевых воздухо-воздушных теплообменников (АТ5(6)), влагоотделителя (ВД1(2)), расположенного перед ступенью турбины турбохолодильника, заслонок перепуска и регулирования расхода воздуха ЗРУ5(6), ЗРУ7(8), ЗРУ9(10);- an air cooling unit (Fig. 3), consisting of at least a turbo-cooler (TX1(2)) with an adjustable turbine nozzle apparatus, a block of fuel-air heat exchangers (AT3(4)), a block of loop air-air heat exchangers (AT5(6)), a moisture separator (VD1(2)), located in front of the turbo-cooler turbine stage, bypass and air flow regulation flaps ZRU5(6), ZRU7(8), ZRU9(10);

- систему рециркуляции воздуха, основным агрегатом которой является вентилятор (ЭВЗ) с регулируемой частотой вращения, управляемых блоками управления по сигналам датчиков параметров воздуха, устанавливаемых в СКВ.- an air recirculation system, the main unit of which is a fan (EVZ) with adjustable rotation speed, controlled by control units based on signals from air parameter sensors installed in the SCS.

Пояснение работы СКВ СГС приводится на примере одной из равнозначных дублирующих подсистем СКВ (фиг. 1.1 - фиг 1.2, фиг. 2, фиг. 3).An explanation of the operation of the SGS SCV is given using the example of one of the equivalent duplicating subsystems of the SCV (Fig. 1.1 - Fig. 1.2, Fig. 2, Fig. 3).

1. Система подготовки воздуха (СПВ) (фиг. 1.1 - фиг. 1.2, фиг. 2)1. Air preparation system (APS) (Fig. 1.1 - Fig. 1.2, Fig. 2)

Воздух поступает в систему из атмосферы через специальный воздухозаборник. Далее воздух поступает в электронагнетатель (КМ1(2)) (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3), где сжимается.Air enters the system from the atmosphere through a special air intake. Then the air enters the electric supercharger (KM1(2)) (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3), where it is compressed.

На входе и выходе электронагнетателя (КМ1(2)) установлены датчики абсолютного давления (ДД1(2)) и (ДД3(4)) соответственно, при превышении давления электронагнетатель (КМ1(2)) отключается блоком управления (БУ1). На выходе из (КМ1(2)) установлены датчики температуры (ДТ1(2)), (ДТ3(4)). При превышении допустимой температуры на выходе из электронагнетателя (КМ 1(2)) производится его отключение блоком управления (БУ1) СКВ.At the input and output of the electric supercharger (KM1(2)) there are absolute pressure sensors (DD1(2)) and (DD3(4)) respectively, when the pressure is exceeded, the electric supercharger (KM1(2)) is switched off by the control unit (BU1). At the output of (KM1(2)) there are temperature sensors (DT1(2)), (DT3(4)). When the permissible temperature at the output of the electric supercharger (KM 1(2)) is exceeded, it is switched off by the control unit (BU1) of the SCS.

Обводные заслонки (ЗРУ1(2)) предназначены для защиты от помпажа электронагнетателя (КМ1(2)) и для подогрева воздуха в режиме обогрева при низких температурах окружающего воздуха при низкой температуре (на выходе из электронагнетателя (КМ1(2)).Bypass dampers (ZRU1(2)) are designed to protect against surge of the electric supercharger (KM1(2)) and to heat the air in the heating mode at low ambient temperatures at low temperatures (at the outlet of the electric supercharger (KM1(2)).

Для замера расхода воздуха служат датчик расхода (ДРП1(2)) вместе с датчиками абсолютного давления (ДД5(6)), датчиками перепада давления (ДПД1(2)), датчиками температуры (ДТ5(6)), (ДТ7(8)), датчиком расхода (ДРП3) вместе с датчиками абсолютного давления (ДД7), датчиками перепада давления (ДПД3), датчиками температуры (ДТ9), (ДТ11).To measure air flow, a flow sensor (DRP1(2)) is used together with absolute pressure sensors (DD5(6)), differential pressure sensors (DPD1(2)), temperature sensors (DT5(6)), (DT7(8)), a flow sensor (DRP3) together with absolute pressure sensors (DD7), differential pressure sensors (DPD3), temperature sensors (DT9), (DT11).

Сигнализатор давления (СД1(2)) предназначен для отключения СКВ при превышении допустимого давления в случае отказа датчиков абсолютного давления (ДД3(4)). Обратные клапаны (КО1(2)), (КО3(4)) предназначены для предотвращения обратного тока воздуха.The pressure alarm (SD1(2)) is designed to switch off the SCS when the permissible pressure is exceeded in the event of failure of the absolute pressure sensors (DD3(4)). The check valves (KO1(2)), (KO3(4)) are designed to prevent backflow of air.

Воздух, нагретый в электронагнетателе (КМ1(2)) охлаждается в теплообменнике (AT1(2)) наружным воздухом. На земле продувочный воздух подается в теплообменник (AT 1(2)) электровентилятором (ЭВ1(2)), на высоте продувка осуществляется в основном с помощью скоростного напора набегающего потока воздуха через обводную линию с обратным клапаном (КО3(4)).The air heated in the electric blower (KM1(2)) is cooled in the heat exchanger (AT1(2)) by outside air. On the ground, the purge air is supplied to the heat exchanger (AT 1(2)) by the electric fan (EV1(2)); at altitude, the purge is carried out mainly by means of the high-speed pressure of the oncoming air flow through a bypass line with a check valve (KO3(4)).

Охлаждение электронагнетателя (КМ1(2)) осуществляется топливом из топливной магистрали.Cooling of the electric supercharger (KM1(2)) is carried out by fuel from the fuel line.

2. Установка охлаждения воздуха (УОВ) (фиг. 1.1 - фиг. 1.2, фиг. 3)2. Air cooling unit (ACU) (Fig. 1.1 - Fig. 1.2, Fig. 3)

Для очистки от озона воздух проходит через озоновые конвертеры (OKI).To remove ozone, the air passes through ozone converters (OKI).

Заслонки (ЗРУ3) регулируют расход воздуха через СКВ.The dampers (ZRU3) regulate the air flow through the SCS.

Заслонка (ЗУ1) открывает-закрывает линию кольцевания трубопроводов.The valve (ЗУ1) opens and closes the pipeline ring line.

Далее воздух поступает в секцию 1 блока ТВТ (АТ3(4)), где охлаждается топливом, поступающим из секции 2 блока ТВТ. Затем воздух дожимается в турбохолодильнике (ТХ1(2)) и далее поступает на охлаждение в секцию 2 блока ТВТ, в которой охлаждается топливом, поступающим из топливной магистрали. Обратный клапан (КО5(6)) предназначен для обвода турбохолодильника (ТХ1(2)) с целью облегчения его запуска в случае применения в конструкции газодинамических опор.Next, the air enters section 1 of the TVT unit (AT3(4)), where it is cooled by fuel coming from section 2 of the TVT unit. Then the air is compressed in the turbo cooler (TX1(2)) and then enters section 2 of the TVT unit for cooling, where it is cooled by fuel coming from the fuel line. The check valve (KO5(6)) is designed to bypass the turbo cooler (TX1(2)) in order to facilitate its start-up in the case of using gas-dynamic supports in the design.

При превышении допустимой температуры на выходе из турбохолодильника (ТХ1(2)), измеряемой датчиками температуры (ДТ13(14)), блок СКВ (БУ3) отключает СКВ. Датчик температуры (ДТ15(16)) предназначен для измерения температуры за блоком ТВТ (АТ3(4)) для возможности регулирования по его показаниям расхода топлива через блок ТВТ(АТ3(4)).When the permissible temperature at the outlet of the turbo-cooler (TX1(2)) measured by the temperature sensors (DT13(14)), is exceeded, the SCR unit (BU3) switches off the SCR. The temperature sensor (DT15(16)) is designed to measure the temperature behind the TVT unit (AT3(4)) to be able to regulate the fuel consumption through the TVT unit (AT3(4)) based on its readings.

В схеме предусмотрено влагоотделение в петле высокого давления, в которую входят блок ВВТ (АТ5(6)), состоящий из перегревателя, конденсатора и влагоотделитель (ВД1(2)). В турбине турбохолодильника (ТХ1(2)) происходит окончательное охлаждение воздуха. Датчик температуры (ДТ17(18)) измеряет температуру за влагоотделителем (ВД1(2)) для поддержания ее выше нуля.The circuit provides for moisture separation in the high-pressure loop, which includes the VVT unit (AT5(6)), consisting of a superheater, a condenser, and a moisture separator (VD1(2)). The final cooling of the air occurs in the turbo-refrigerator turbine (TX1(2)) . The temperature sensor (DT17(18)) measures the temperature behind the moisture separator (VD1(2)) to maintain it above zero.

Влага, отделенная во влагоотделителе (ВД1(2)) с помощью оросителя (ОР1(2)), впрыскивается в продувочный тракт ВВТ (AT1(2)) для использования испарительного охлаждения с целью повышения эффективности ВВТ.The moisture separated in the moisture separator (VD1(2)) with the help of the sprinkler (OR1(2)), is injected into the scavenging tract of the air-to-air system (AT1(2)) to use evaporative cooling in order to increase the efficiency of the air-to-air system.

С помощью заслонок (ЗРУ5(6)), (ЗРУ7(8)) поддерживается температура на выходе из установки охлаждения воздуха (УОВ). Данные заслонки открываются последовательно. При необходимости повышения температуры за УОВ открывается заслонка (ЗРУ7(8)). При ее полном открытии и недостаточном повышении температуры на выходе из УОВ открывается заслонка (ЗРУ5(6)).The temperature at the outlet of the air cooling unit (ACU) is maintained using the dampers (ZRU5(6)), (ZRU7(8)) . These dampers open sequentially. If it is necessary to increase the temperature behind the ACU, the damper (ZRU7(8)) opens. When it is fully open and the temperature at the outlet of the ACU has not increased sufficiently, the damper (ZRU5(6)) opens.

Заслонка (ЗРУ5(6)) также используется для оттайки конденсатора. Данная заслонка открывается и пропускает горячий воздух при превышении гидравлического сопротивления конденсатора блока ВВТ (АТ5(6)) при его обмерзании. Гидравлическое сопротивление конденсатора измеряется датчиком перепада давления (ДПД5(6)).The damper (ZRU5(6)) is also used for defrosting the condenser. This damper opens and lets hot air through when the hydraulic resistance of the VVT unit condenser (AT5(6)) is exceeded when it freezes. The hydraulic resistance of the condenser is measured by the differential pressure sensor (DPD5(6)).

Заслонка (ЗРУ9(10)) осуществляет обвод петли на высотных режимах, когда рабочий воздух практически сухой, с целью снижения гидравлического сопротивления выходного участка системы и исключения потерь холода в петле.The damper (ZRU9(10)) bypasses the loop at high altitudes, when the working air is practically dry, in order to reduce the hydraulic resistance of the outlet section of the system and eliminate cold losses in the loop.

3. Система рециркуляции воздуха3. Air recirculation system

Система рециркуляции воздуха представляет из себя комплекс агрегатов очистки и подачи использованного потребителями воздуха на повторное использование в СКВ (фиг. 1.1 - фиг. 1.2).The air recirculation system is a complex of units for cleaning and supplying air used by consumers for reuse in the SCS (Fig. 1.1 - Fig. 1.2).

С помощью электровентиляторов (ЭВ3) производится подмес рециркуляционного воздуха из кабины, очищенного в фильтрах (Ф1).With the help of electric fans (EV3), recirculated air from the cabin, purified in filters (F1), is mixed in.

После смешения с рециркуляционным воздухом воздух из УОВ поступает в коллектор и далее в систему распределения, которая подает воздух в кабину экипажа, пассажирский салон, туалеты, кухню. Воздух, подаваемый в кабину экипажа, дополнительно увлажняется.After mixing with recirculated air, the air from the UOV enters the manifold and then the distribution system, which supplies air to the cockpit, passenger cabin, toilets, and galley. The air supplied to the cockpit is additionally humidified.

СКВ взаимодействует с двигательными установками самолета через электрические интерфейсы, получая электропитание от системы энергоснабжения (СЭС) самолета.The SCS interacts with the aircraft's propulsion systems through electrical interfaces, receiving power from the aircraft's power supply system (PSS).

Claims (5)

1. Система кондиционирования воздуха для сверхзвукового гражданского самолета, отличающаяся тем, что содержит последовательно расположенные:1. An air conditioning system for a supersonic civil aircraft, characterized in that it contains the following sequentially arranged: - систему подготовки воздуха, в состав которой входит, по меньшей мере, один электронагнетатель с охлаждением электродвигателя и его системы управления топливом, один воздухо-воздушный теплообменник, один электровентилятор, один датчик расхода воздуха, две заслонки перепуска и два обратных клапана;- an air preparation system, which includes at least one electric supercharger with cooling of the electric motor and its fuel management system, one air-to-air heat exchanger, one electric fan, one air flow sensor, two bypass flaps and two check valves; - установку охлаждения воздуха, состоящую, по меньшей мере, из турбохолодильника с регулируемым сопловым аппаратом турбины, блока топливо-воздушных теплообменников, блока петлевых воздухо-воздушных теплообменников, влагоотделителя, расположенного перед ступенью турбины турбохолодильника, заслонок перепуска и регулирования расхода воздуха;- an air cooling unit consisting of at least a turbo-cooler with an adjustable turbine nozzle apparatus, a block of fuel-air heat exchangers, a block of loop air-air heat exchangers, a moisture separator located in front of the turbo-cooler turbine stage, bypass flaps and air flow regulation; - систему рециркуляции воздуха, основным агрегатом которой является вентилятор с регулируемой частотой вращения, управляемых блоками управления по сигналам датчиков параметров воздуха, устанавливаемых в СКВ.- an air recirculation system, the main unit of which is a fan with adjustable rotation speed, controlled by control units based on signals from air parameter sensors installed in the air handling unit. 2. Система кондиционирования воздуха для сверхзвукового гражданского самолета по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в своем составе узел регулирования расхода воздуха, размещаемый между системой подготовки воздуха и установкой охлаждения воздуха и состоящий из заслонки регулирования расхода воздуха и узла измерения расхода воздуха.2. An air conditioning system for a supersonic civil aircraft according to paragraph 1, characterized in that it additionally contains an air flow control unit located between the air preparation system and the air cooling unit and consisting of an air flow control damper and an air flow measurement unit.
RU2024131280A 2024-10-17 Air conditioning system for supersonic civil aircraft RU2840887C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2840887C1 true RU2840887C1 (en) 2025-05-29

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3444012C2 (en) * 1983-12-12 1996-10-02 United Technologies Corp Air conditioning with air circulation
RU2492114C2 (en) * 2007-10-18 2013-09-10 Эйрбас Оперейшнз Гмбх System and method for air conditioning of, at least, aircraft one zone
RU137015U1 (en) * 2013-07-18 2014-01-27 Дамир Расимович Абсалямов AIR SYSTEM OF THERMOSTATING OF SPACE OBJECTS
RU2658224C1 (en) * 2017-08-16 2018-06-19 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Aircraft air conditioning system on the basis of electric drivers and reverse vapor compression refrigerating plants
RU2686609C1 (en) * 2018-05-18 2019-04-29 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Air preparation system for inflation of pressure cabin of aircraft based on vapor compression refrigeration units with secondary heat carrier
US20220144438A1 (en) * 2020-11-12 2022-05-12 Hamilton Sundstrand Corporation Environmental control system for supersonic commercial aircraft

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3444012C2 (en) * 1983-12-12 1996-10-02 United Technologies Corp Air conditioning with air circulation
RU2492114C2 (en) * 2007-10-18 2013-09-10 Эйрбас Оперейшнз Гмбх System and method for air conditioning of, at least, aircraft one zone
RU137015U1 (en) * 2013-07-18 2014-01-27 Дамир Расимович Абсалямов AIR SYSTEM OF THERMOSTATING OF SPACE OBJECTS
RU2658224C1 (en) * 2017-08-16 2018-06-19 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Aircraft air conditioning system on the basis of electric drivers and reverse vapor compression refrigerating plants
RU2686609C1 (en) * 2018-05-18 2019-04-29 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Air preparation system for inflation of pressure cabin of aircraft based on vapor compression refrigeration units with secondary heat carrier
US20220144438A1 (en) * 2020-11-12 2022-05-12 Hamilton Sundstrand Corporation Environmental control system for supersonic commercial aircraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10967978B2 (en) Aircraft air conditioning system and method of operating an aircraft air conditioning system
US4334411A (en) Unique air cycle refrigeration system
US9669936B1 (en) Aircraft air conditioning systems and methods
US4963174A (en) Hybrid vapor cycle/air cycle environmental control system
EP3173337B1 (en) Aircraft air conditioning system with ambient air supply and method for operating such an aircraft air conditioning system
CA2044292C (en) Environmental control system condensing cycle
US6681592B1 (en) Electrically driven aircraft cabin ventilation and environmental control system
CN106064672A (en) Utilize the environmental control system of cabin discharge air starting circulation
CN112918682B (en) Four-wheel high-pressure water removal environmental control system and working method based on different cabin pressures
CN112572806B (en) Loop control and nitrogen control coupling system comprehensively utilizing aircraft cabin pressure and working method
CA2964989A1 (en) Environmental control system utilizing bleed pressure assist
CN106064673A (en) During circulation, cabin is discharged air and releases the environmental control system that air mixes
CA2964994A1 (en) Environmental control system utilizing two pass secondary heat exchanger and cabin pressure assist
CN106064671A (en) The environmental control system during circulating, cabin discharge air being mixed with releasing air
CA2964992A1 (en) Environmental control system utilizing multiple mix points for recirculation air in accordance with pressure mode
CN108438233A (en) A kind of helicopter air-conditioning system
RU2840887C1 (en) Air conditioning system for supersonic civil aircraft
CN112960119B (en) Energy-saving type environmental control system and working method
US11767121B2 (en) Optimized environmental control system for military aircraft
RU2807448C1 (en) Energy-intensive air conditioning system for aircrafts
RU2843711C1 (en) Air conditioning system for aircraft with distributed power plant
US12479582B2 (en) Environmental control device of aircraft and method for operating environmental control device
US12129035B2 (en) Aircraft cabin electrical air conditioning system comprising a motorized compressor and an air cycle turbomachine
CN119641482B (en) Thermal management type combined power system, aircraft and control method
US12078379B2 (en) Split regeneration environmental control system