[发明专利]一种由高速电机驱动的空气循环制冷系统有效
申请号: | 201210341923.4 | 申请日: | 2012-09-14 |
公开(公告)号: | CN102874410A | 公开(公告)日: | 2013-01-16 |
发明(设计)人: | 杨春信;张兴娟;蒋家庆;柯鹏;刘贵林 | 申请(专利权)人: | 北京航空航天大学 |
主分类号: | B64D13/08 | 分类号: | B64D13/08 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 100191*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 高速 电机 驱动 空气 循环 制冷系统 | ||
技术领域
本发明是涉及一种由高速电机驱动的空气循环制冷系统,属飞行器环境控制系统技术领域。
背景技术
空气循环制冷系统可调节座舱和电子设备的环境温度,使其在合适的范围内,以保证乘员的正常生理环境需求和电子设备的稳定运行。其制冷介质可同时输入座舱作为增压之用,使座舱通风、增压和冷却由同一系统完成。
飞机制冷系统先后经历了两轮简单式、两轮升压式、三轮升压式和四轮升压式空气循环制冷系统[1]。上述空气循环制冷系统均从发动机引气,发动机引气经过空气循环制冷系统降温、降压后通入座舱。采用发动机引气会引起系统代偿损失,增加燃油消耗;发动机内燃油及润滑油挥发使引气有油污染,降低了供入座舱空气的品质,座舱空气的洁净度和座舱环境的舒适性。使用电动空气循环制冷系统可以避免发动机引气,可减少燃油比耗[2]。
现代飞机技术正逐步向多电/全电飞机技术方向发展,并将取消发动机引气[3]。为了适应飞机技术的发展,提高制冷系统的效率、座舱的舒适性,提出了一种电动空气循环制冷系统。该系统取消了发动机引气及相关的管道、阀门等附件,同时也避免了引气对发动机热力循环的影响,增大了发动机的推力[4]。电动空气循环制冷系统气源直接由外界大气环境提供,没有油污染,从而不需要除油装置,降低了系统的固定质量和代偿损失。传统空气循环制冷系统受发动机不同型号的性能参数的影响而使得引气参数有所不同,使得传统的采用发动机引气的空气循环制冷系统通用性差。电动空气循环制冷系统只需提供相同的电源制式,就能应用于发动机型号不同的飞机中。因此,电动空气循环制冷系统的灵活性和适应性更强。
发明内容:
本发明的目的是提供一种性能好、洁净度高、性能代偿损失小的高速电机驱动的空气循环制冷系统。
一种高速电机驱动的空气循环制冷系统主要包括:环境空气,阀门,冲压空气,高速电机,动力涡轮,压气机,换热器,冷却涡轮,风扇,水分离器,喷嘴,座舱,电子设备舱。
环境空气(1)经过阀门(2)与压气机(3)的入口相连;压气机(3)压缩后的高温高压气体经过换热器(5)的热边进入冷却涡轮(6)膨胀降温;膨胀降温后的低温低压气体会析出冷凝水,经过水分离器(7)分离除水后分为两路,一路经过阀门(8)供入座舱(9),另一路经过阀门(10)供入电子设备舱(11)。水分离器(7)分离出的水通过喷嘴(13)喷入系统的冷路与冲压空气混合,增大系统冷路的换热能力;换热器(5)冷边出口的空气经过风扇(14)抽吸后进入动力涡轮(15)膨胀做功后排往外界大气。
高速电机驱动的空气循环制冷系统的特征在于:
(1)取消了发动机压气机引气,供入座舱的气体不需经过发动机压气机压缩,避免了发动机内燃油及润滑油挥发对空气品质的影响,使得系统供给座舱和电子设备舱的空气没有油污染,提高了座舱空气的洁净度和座舱环境的舒适性。取消了相关除油设备,降低了制冷系统的固定质量和代偿损失。
(2)压气机(3)、高速电机(4)与动力涡轮(15)同轴。根据飞机不同的飞行状态,通过变频技术控制压气机(3)的转速,从而达到控制环境空气流量的目的。如高空飞行的时候,外界环境空气密度很小,需提高压气机(3)的转速才能保证系统环境空气量的稳定。
(3)换热器(5)热边出口空气经过冷却涡轮(6)膨胀降温,饱和含湿量降低,析出的水经过水分离器(7)分离后由喷嘴(13)喷入系统的冷路,与冲压空气(12)混合,提高了换热器(5)的换热效率,减小了换热器(5)的质量,降低了冲压空气(12)的用量,进而降低系统代偿损失。
(4)冷却涡轮(6)与风扇(14)同轴。换热器(5)热边出口空气经过冷却涡轮(6)膨胀输出功率, 带动风扇转动,抽吸冷路的冲压空气(12)以增大其流量,提高换热器(5)的换热量。
(5)动力涡轮(15)回收利用冷边排气能量做功,与高速电机(4)共同驱动压气机(3),提高了系统的能量利用效率。
(6)阀门(8)和阀门(10)分别控制座舱(9)和电子设备舱(11)的环境空气流量。飞机的飞行状态发生变化时,座舱(9)和电子设备舱(11)的热载荷也会发生变化。如电子设备舱(11)在巡航状态下的热载荷要比起飞阶段的大,应减小阀门(10)的开度,以使得供入电子设备舱(11)的空气流量在合适的范围内,提高系统的效率。
附图说明
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