一種飛機(jī)座艙排氣增壓做功驅(qū)動的座艙回風(fēng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種飛機(jī)座艙排氣增壓做功驅(qū)動的座艙回風(fēng)系統(tǒng)，屬于飛行器環(huán)境控制領(lǐng)域。通過變頻電機(jī)驅(qū)動的壓氣機(jī)對座艙排氣進(jìn)行增壓，壓縮后的空氣進(jìn)入動力渦輪做功，該部分功率作為回風(fēng)系統(tǒng)的動力源驅(qū)動與渦輪同軸的回風(fēng)風(fēng)扇抽吸座艙空氣，經(jīng)過過濾器后與來自環(huán)境控制系統(tǒng)的新風(fēng)在混合室中混合，隨后送入座艙，實(shí)現(xiàn)座艙空氣的再循環(huán)。系統(tǒng)具有全飛行高度的工作能力，且具有較大的功率輸出和良好的調(diào)節(jié)性能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了座艙空氣的循環(huán)及其能量的回收，有效提高了飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的能量利用率，降低燃油代償損失，適用于現(xiàn)役軍用和民用飛機(jī)的環(huán)境控制系統(tǒng)。
【專利說明】
-種飛機(jī)座艙排氣増壓做功驅(qū)動的座艙回風(fēng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于飛行器環(huán)境控制領(lǐng)域，設(shè)及一種回風(fēng)系統(tǒng)，具體來說是一種飛機(jī)座艙 排氣增壓做功驅(qū)動的座艙回風(fēng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行器環(huán)境控制系統(tǒng)從發(fā)動機(jī)引氣并經(jīng)過調(diào)溫、調(diào)濕、調(diào)壓W及過濾等處理后送 入飛機(jī)座艙，從而將艙內(nèi)空氣的溫濕度、壓力和清潔度等參數(shù)維持在規(guī)定允許范圍，保證旅 客和空乘人員的舒適生活W及機(jī)載設(shè)備的正常工作，是現(xiàn)代飛機(jī)必不可少的組成部分。但 同時(shí)，環(huán)境控制系統(tǒng)也是一種高能耗，低效率的系統(tǒng)，環(huán)境控制系統(tǒng)所消耗功率約占發(fā)動機(jī) 輸出總功率的5%，但系統(tǒng)整體的性能系數(shù)(COP)卻不足0.3。為減少飛機(jī)的燃油代償損失， 提高飛行經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)當(dāng)從提高能量利用率的角度對飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0003] 飛機(jī)在高空巡航飛行時(shí)，增壓座艙中空氣的壓力要遠(yuǎn)高于環(huán)境空氣，二者之間的 壓差可W用來驅(qū)動動力滿輪做功，回收座艙空氣的能量，從而提高飛行器環(huán)境控制系統(tǒng)的 能量利用率。Seeger 在專利U. S .Pat. 2767541 中，Kleinhans在專利U. S.化t. 2734356 中 W及 K址η在U.S.Pat. 2777301中分別設(shè)計(jì)相應(yīng)系統(tǒng)將回收的能量用于對環(huán)境空氣進(jìn)行增壓，實(shí) 現(xiàn)座艙通風(fēng)；回收能量的另一種利用方式是驅(qū)動壓氣機(jī)對環(huán)境空氣進(jìn)行預(yù)增壓，從而減少 環(huán)境控制系統(tǒng)從發(fā)動機(jī)機(jī)的引氣量或降低對于電動氣源的功率需求，Cronin等人在專利 U. S.Pat.4419926中W及柯鵬等人在專利201210490793.0中分別對此種能量利用方式的相 關(guān)系統(tǒng)和原理進(jìn)行了闡述。
[0004] 除此之外，Alankar等人在專利U.S.Pat.4262495中，化η化ng等人在文章 Desi即 Analysis of 化wer Recovery Systems for Cabin Exhaust Air中都提出 了利用動力滿 輪將回收的能量用于驅(qū)動座艙回風(fēng)系統(tǒng)。座艙回風(fēng)系統(tǒng)即采用回風(fēng)風(fēng)扇抽吸座艙排出的空 氣，過濾后重新送入座艙，使座艙在滿足新風(fēng)量要求的前提下大大減少發(fā)動機(jī)引氣量，減低 燃油代償損失。目前回風(fēng)系統(tǒng)中的回風(fēng)風(fēng)扇由電動機(jī)直接驅(qū)動，轉(zhuǎn)速較低，為滿足流量與壓 頭要求，風(fēng)扇的尺寸較大，若利用動力滿輪將回收的能量用于驅(qū)動回風(fēng)風(fēng)扇則可獲得較高 轉(zhuǎn)速，減小風(fēng)扇的體積與重量。在上述系統(tǒng)中，對座艙空氣能量的回收與利用的前提是座艙 排氣與環(huán)境空氣之間存在較大的壓差。但在飛機(jī)的起降階段，座艙排氣與環(huán)境空氣之間的 壓差較小且不穩(wěn)定，使得能量回收與再利用系統(tǒng)無法全程工作；同時(shí)，系統(tǒng)所能回收利用的 最大功量受到飛行狀態(tài)與座艙回風(fēng)風(fēng)量的限制，可調(diào)節(jié)性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種座艙空氣能量回收與利用系統(tǒng):座艙排氣增壓做功驅(qū)動座艙回風(fēng) 系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在飛行全過程中有效的回收座艙排氣的能量并用于座艙空氣的再循環(huán)。 該系統(tǒng)通過變頻電機(jī)驅(qū)動的壓氣機(jī)與動力滿輪對座艙排氣的功量進(jìn)行回收，而座艙空氣的 再循環(huán)則通過回風(fēng)過濾器和與動力滿輪共軸的回風(fēng)風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)通過對座艙排氣能量 的回收與再利用來降低飛機(jī)的燃油代償損失，提高飛行的經(jīng)濟(jì)性。
[0006] 本發(fā)明飛機(jī)座艙排氣增壓做功驅(qū)動的座艙回風(fēng)系統(tǒng)中，座艙排氣經(jīng)排氣管路排出 座艙，經(jīng)過單向活口后分為兩部分:一部分座艙排氣進(jìn)入回風(fēng)過濾器;另一部分座艙排氣進(jìn) 入壓氣機(jī)。
[0007] 座艙排氣進(jìn)入回風(fēng)過濾器過濾后，由回風(fēng)風(fēng)扇抽吸送入混合室，與混合室內(nèi)的外 界空氣進(jìn)行混合后，重新送入座艙內(nèi)；座艙排氣進(jìn)入壓氣機(jī)進(jìn)行預(yù)增壓后，進(jìn)入動力滿輪內(nèi) 膨脹做功，最終排出。
[0008] 上述壓氣機(jī)由變頻電機(jī)驅(qū)動；同時(shí)回風(fēng)風(fēng)扇通過動力滿輪回收的能量進(jìn)行驅(qū)動。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0010] 1、本發(fā)明座艙回風(fēng)系統(tǒng)，可對座艙排氣進(jìn)行功量回收和利用，提高飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng) 的效率；
[0011] 2、本發(fā)明座艙回風(fēng)系統(tǒng)，回風(fēng)風(fēng)扇采用滿輪驅(qū)動，節(jié)省功率，且可產(chǎn)生高壓頭，滿 足系統(tǒng)回風(fēng)需求；
[0012] 3、本發(fā)明座艙回風(fēng)系統(tǒng)，可對座艙排氣進(jìn)行預(yù)增壓，使得回風(fēng)系統(tǒng)在飛機(jī)起飛、降 落等座艙排氣和環(huán)境空氣壓差較小的飛行狀態(tài)下仍能正常工作，極大地提高了系統(tǒng)工作范 圍；
[0013] 4、本發(fā)明座艙回風(fēng)系統(tǒng)，能夠通過改變變頻電機(jī)的輸入功率對膨脹滿輪回收的功 率進(jìn)行主動調(diào)節(jié)和控制，提高了系統(tǒng)對于不同負(fù)載的適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明本發(fā)明座艙回風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
[0015] 圖中；
[0016] 1-混合室 2-單向活口 3-壓氣機(jī)
[0017] 4-變頻電機(jī) 5-動力滿輪 6-回風(fēng)過濾器
[001引 7-回風(fēng)風(fēng)扇 8-座艙
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020] 本發(fā)明座艙回風(fēng)系統(tǒng)，包括混合室1、單向活口 2、壓氣機(jī)3、變頻電機(jī)4、動力滿輪5、 回風(fēng)過濾器6與回風(fēng)風(fēng)扇7,如圖1所示。
[0021] 其中，單向活口2安裝于排氣管路的進(jìn)氣端處，排氣管路的進(jìn)氣端與座艙8連通。排 氣管路具有出氣端A與出氣端B;其中，出氣端A與回風(fēng)過濾器6相連，出氣端B與壓氣機(jī)3相 連。由此，座艙排氣經(jīng)排氣管路排出座艙8,經(jīng)過單向活口 2后分為兩部分:一部分座艙排氣 經(jīng)排氣管路的出氣端A進(jìn)入回風(fēng)過濾器6;另一部分座艙排氣經(jīng)排氣管路出氣端B進(jìn)入壓氣 機(jī)3。
[0022] 所述回風(fēng)過濾器6通過管路與回風(fēng)風(fēng)扇7相連，回風(fēng)風(fēng)扇7通過管路與混合室1相 連，混合室1經(jīng)進(jìn)氣管路與座艙8連通，且混合室1還與飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)中的制冷包相連。 由此，座艙排氣進(jìn)入回風(fēng)過濾器6后，經(jīng)回風(fēng)過濾器6去除污染物后，由回風(fēng)風(fēng)扇7抽吸送入 混合室1，與混合室1內(nèi)經(jīng)制冷包制冷后通入的外界空氣進(jìn)行混合后，重新送入座艙8內(nèi)，實(shí) 現(xiàn)座艙8內(nèi)空氣的再循環(huán)。
[0023] 所述壓氣機(jī)3由變頻電機(jī)4驅(qū)動工作，壓氣機(jī)3通過管路與動力滿輪5相連。由此，座 艙8排氣進(jìn)入壓氣機(jī)3后，在壓氣機(jī)3中進(jìn)行預(yù)增壓后，進(jìn)入動力滿輪5內(nèi)膨脹做功，最終排 出。動力滿輪5回收的能量用于驅(qū)動與之同軸安裝的回風(fēng)風(fēng)扇7,從而實(shí)現(xiàn)對座艙8回風(fēng)系統(tǒng) 的驅(qū)動。
[0024] 在起降和巡航兩種飛行狀態(tài)下，對座艙8回風(fēng)系統(tǒng)所需的功率、采用座艙排氣增壓 做功驅(qū)動的座艙8回風(fēng)系統(tǒng)和無預(yù)增壓的座艙8回風(fēng)系統(tǒng)所能回收的功率分別進(jìn)行計(jì)算。其 中，系統(tǒng)計(jì)算狀態(tài)點(diǎn)如見表1所示;系統(tǒng)附件參數(shù)如表2所示，計(jì)算機(jī)構(gòu)如表3所示。
[0025] 表1系統(tǒng)計(jì)算狀態(tài)點(diǎn)
[0030]表3系統(tǒng)性能
[0031]
[0032] 計(jì)算結(jié)果表明：相比于電機(jī)直驅(qū)的回風(fēng)系統(tǒng)，本發(fā)明飛機(jī)座艙排氣增壓做功驅(qū)動 的座艙回風(fēng)系統(tǒng)在巡航階段可W回收約19kW的功率，同時(shí)減小回風(fēng)風(fēng)扇7的體積與重量;而 與無預(yù)增壓的系統(tǒng)相比，本發(fā)明提出的飛機(jī)座艙排氣增壓做功驅(qū)動的座艙回風(fēng)系統(tǒng)在飛機(jī) 起降和巡航狀態(tài)下均能輸出足夠功率使回風(fēng)系統(tǒng)正常工作。
[0033] 綜上所述，本發(fā)明公開的飛機(jī)座艙排氣增壓做功驅(qū)動的座艙回風(fēng)系統(tǒng)具有更寬廣 的工作范圍，更大的回收功率和更好的可調(diào)節(jié)性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種飛機(jī)座艙排氣增壓做功驅(qū)動的座艙回風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于：座艙排氣經(jīng)排氣管 路排出座艙，經(jīng)過單向活門后分為兩部分:一部分座艙排氣進(jìn)入回風(fēng)過濾器;另一部分座艙 排氣進(jìn)入壓氣機(jī)； 座艙排氣進(jìn)入回風(fēng)過濾器過濾后，由回風(fēng)風(fēng)扇抽吸送入混合室，與混合室內(nèi)的外界空 氣進(jìn)行混合后，重新送入座艙內(nèi)； 座艙排氣進(jìn)入壓氣機(jī)進(jìn)行預(yù)增壓后，進(jìn)入動力渦輪內(nèi)膨脹做功，最終排出。2. 如權(quán)利要求1所述一種飛機(jī)座艙排氣增壓做功驅(qū)動的座艙回風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于:動 力渦輪回收的能量用于驅(qū)動與之同軸安裝的回風(fēng)風(fēng)扇。3. 如權(quán)利要求1所述一種飛機(jī)座艙排氣增壓做功驅(qū)動的座艙回風(fēng)系統(tǒng)，其特征在于:壓 氣機(jī)由變頻電機(jī)驅(qū)動。
【文檔編號】B64D13/06GK105966624SQ201610346375
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】王超, 張興娟, 徐向東, 楊春信, 楊涵
【申請人】北京航空航天大學(xué)