[发明专利]用于控制气流冷却的热交换器系统和方法

说明书

技术领域

本公开大体涉及热交换器系统，诸如用于飞行器的热交换器系统。

背景技术

热交换器是将热从一种流体传递至另一种流体的设备，并且可以用于制冷、空气调节、空间加热、电力产生和化学加工。例如，热交换器可以用于航空航天和汽车行业。

在飞行器应用中，联邦航空管理局（FAA）的联邦航空条例（FAR）为不同的飞行器工况设定了标准。例如，对与新鲜空气需求相关的运输类飞行器来说，存在FAR适航性标准。为了满足这些不同的FAR标准，可能需要对不同系统或部件的更改或改变。作为一个示例，为了利用包括热交换器的现有飞行器冷却组件满足乘客的新鲜空气需求，发动机引气系统需要递送比在正常运行压力情况下更高压力的引气。在飞行的巡航阶段期间，飞行器所需的推力随着飞行器的重量降低而缓慢降低。引气压力同样随着发动机推力的降低而降低。因此，引气温度同样降低，这导致空气冷却热交换器关闭。

在巡航期间的某一时刻，发动机引气系统将引气端口切换为发动机高压压缩机的更高级，以满足冷却组件的需求。当引气系统切换为空气冷却的更高级时，热交换器被增加至最大运行水平，从发动机中提取的能量大大增加，因此，导致消极地影响发动机的燃料消耗率（SFC）。因此，飞行期间的燃料消耗增加。

在巡航期间满足对低级引气的冷却组件压力需求的已知系统包括发动机重新设计。然而，使用更低空气压力的这种重新设计不利地影响其他飞行阶段，并且在设计和验证方面是昂贵的。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种旁通预冷器，其包括外壳、进口、在外壳内的热交换器和在外壳内的旁通段，其中进口被配置为接收从一个或更多个飞行器管道到外壳内的核心发动机气流，旁通段具有与热交换器分开的气流路径。旁通预冷器还包括阀和出口，其中阀被耦连至进口，并且被配置为在热交换器与旁通段之间切换气流，出口被耦连至热交换器和旁通段。

根据另一实施例，提供了一种飞行器发动机，其包括从核心发动机气流（core engine flow）的低压段延伸的第一管道和从核心发动机气流的高压段延伸的第二管道。飞行器发动机还包括旁通预冷器，其具有被耦连至第一和第二管道的进口，其中旁通预冷器具有被耦连至进口的阀，阀将进口可切换地耦连至在旁通预冷器内的热交换器和旁通段。

根据另一实施例，提供了一种使飞行器舱加压的方法。该方法包括使飞行器发动机运行，在发动机高压级和低压级下输送来自飞行器发动机的引气，以及将引气输送至旁通预冷器。该方法还包括基于在旁通预冷器下游监测的空气压力控制旁通预冷器的阀，以便将引气输送通过旁通预冷器的热交换器或旁通段。

根据本公开的一个方面，提供了一种旁通预冷器，其包含：外壳；进口，其被接收从一个或更多个飞行器管道到外壳内的核心发动机气流；在外壳内的热交换器；在外壳内的旁通段，其具有与热交换器分开的气流路径；阀，其被耦连至进口，并被配置为在热交换器与旁通段之间切换气流；以及出口，其被耦连至热交换器和旁通段。

有利的是，一个或更多个管道包含，从核心发动机气流的低压段延伸的第一管道和从核心发动机气流的高压段延伸的第二管道。

有利的是，进口包含扩散段。

有利的是，旁通预冷器还包含被耦连至阀的驱动器，以控制阀的打开和关闭。

优选的是，驱动器被配置为基于外壳下游的空气压力控制阀的打开和关闭。

有利的是，阀包含套筒阀。

有利的是，旁通预冷器还包含在外壳内形成旁通段的双壁结构。

有利的是，旁通预冷器还包含形成旁通段的歧管。

有利的是，热交换器包含翅片式空气热交换器。

根据本公开的另一方面，提供了一种飞行器发动机，其包含：第一管道，其从核心发动机气流的低压段延伸；和第二管道，其从核心发动机气流的高压段延伸；旁通预冷器，其具有被耦连至第一和第二管道的进口，旁通预冷器具有被耦连至进口的阀，阀将进口可切换地耦连至在旁通预冷器内的热交换器和旁通段。

有利的是，进口包含扩散段。

有利的是，飞行器发动机还包含被耦连至阀的驱动器，以控制阀的打开和关闭。

优选的是，驱动器被配置为基于外壳下游的空气压力控制阀的打开和关闭。

有利的是，旁通预冷器的阀包含套筒阀。

有利的是，旁通预冷器还包含在外壳内形成旁通段的双壁结构。

有利的是，旁通预冷器还包含形成旁通段的歧管。

有利的是，热交换器包含翅片式空气热交换器。