СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ТУРБОРЕАКТИВНЫМ ДВУХКОНТУРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 1997 года по МПК B64D13/06 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к системам кондиционирования воздуха на летательных аппаратах с турбореактивными двухконтурными двигателями (ТРДД).

Известна система подготовки воздуха (СПВ) для летательного аппарата, состоящая из теплообменников, трубопровода и регулирующих устройств. Источник сжатого воздуха компрессор ТРДД соединен с горячей линией теплообменника, который, в свою очередь, связан с гермокабиной летательного аппарата. В такой системе для подачи охлаждающего забортного воздуха в продувочную линию теплообменника применяются обычно внешние воздухозаборники, ухудшающие аэродинамические характеристики самолета, увеличивающие расход топлива силовой установки и не обеспечивающие эффективную работу системы кондиционирования воздуха (СКВ) на земле. При работе регулирующей аппаратуры (кранов, заслонок, системы турбулизируется поток воздуха, что снижает надежность и ресурс этой аппаратуры [1]
Ближайшим аналогом является система подготовки воздуха, в которой источником сжатого воздуха служит компрессор ТРДД, соединенный магистралью отбора с горячей линией воздухо-воздушного теплообменника, которая сообщена с гермокабиной, Продувочная линия теплообменника соединена воздуховодом с вентиляторным контуром ТРДД и сообщена с атмосферой, В системе имеется регулятор расхода и температуры. Заслонка регулятора установлена в воздуховоде перед продувочной линией теплообменника. При работе этой системы подготовки воздуха регулятор расхода и температуры постоянно отслеживает состояние температуры подаваемого в гермокабину воздуха и с помощью заслонки, установленной в воздуховоде, преобразует ее [2]
Недостатком этой системы является то, что регулируемая заслонка, перекрывая воздуховод, турбулизирует поток, создавая пульсации давления воздуха. На элементы конструкции системы действуют пульсации давления, возникающие непосредственно в пограничном слое воздуховода. При этом, распространяясь по воздуховоду, пульсации давления вызывают вибрации конструкции в соответствии с их динамическими свойствами. Это приводит к разрушению как узлов крепления заслонки, так и других элементов, связанных с воздуховодом, в особенности расположенных напротив входа в воздуховод элементов вентиляторного контура ТРДД (обшивки, створки реверса и др.).

Технической задачей является повышение ресурса элементов конструкции ТРДД путем снижения величин пульсаций и стабилизации потока в воздуховоде системы подготовки воздуха в широком диапазоне режимов работы двигателя и СПВ.

Указанная задача решается тем, что система подготовки воздуха для летательного аппарата с ТРДД, содержащая воздухо-воздушный теплообменник, горячая линия которого соединена магистралью отбора воздуха с компрессором двигателя и сообщена с гермокабиной летательного аппарата, а продувочная линия соединена воздуховодом с вентиляторным контуром двигателя и сообщена с атмосферой, заслонку регулятора расхода и температуры, установленную в воздуховоде, снабжена ламинаризатором потока, установленным в воздуховоде перед заслонкой регулятора расхода и температуры. А также тем, что в ней ламинаризатор потока выполнен в виде отверстий по контуру воздуховода. Кроме того, оси отверстий выполнены под углом к продольной оси воздуховода, отверстия выполнены в одной поперечной плоскости воздуховода, при этом ламинаризатор потока выполнен в виде нескольких рядов отверстий по контуру воздуховода.

На фиг.1 изображена общая схема системы, на фиг.2 сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.2 (продольное сечение ламинаризатора), на фиг.4 то же (отверстия выполнены под углом к оси воздуховода), на фиг.5 то же (несколько рядов отверстий).

Система подготовки воздуха для летательного аппарата с турбореактивными двухконтурными двигателями, содержит воздухо-воздушный теплообменник 1, горячая линия 2 которого соединена магистралью 3 отбора воздуха с компрессором 4 двигателя и сообщена с кабиной 5 летательного аппарата. Продувочная линия 6 теплообменника 1 соединена воздуховодом 7 с вентиляторным контуром 8 двигателя и сообщена с атмосферой. Заслонка 9 регулятора расхода и температуры установлена в воздуховоде 7 перед продувочной линией 6 воздухо-воздушного теплообменника 1. В воздуховоде 7 перед заслонкой 9 регулятора расхода и температуры установлен ламинаризатор 10 потока, выполненный в виде отверстий 11 по контуру воздуховода 7. Оси отверстий 11 могут быть выполнены под углом к продольной оси воздуховода в направлении потока (фиг.4). Отверстия выполняются в одной поперечной плоскости воздуховода и располагаются в несколько рядов таких плоскостей с угловым смещением (фиг.5), при этом достигается полный охват контура воздуховода 7 суммарной площадью отверстий, Ламинаризатор потока может быть выполнен как отдельный деталью, присоединенной к воздуховоду, так и составлять часть воздуховода. Воздуховод 7 обычно расположен в мотогондоле.

Система подготовки воздуха для летательного аппарата работает следующим образом.

Воздух из компрессора 4 ТРДД проходит по магистрали 3 отбора в горячую линию 2 воздухо-воздушного теплообменника 1, в которой охлаждается, и подается в гермокабину 5 летательного аппарата. Охлаждение воздуха в горячей линии 2 теплообменника 1 производится воздухом, подаваемым от вентиляторного контура 8 ТРДД по воздуховоду 7 в продувочную линию 6 теплообменника 1. Изменение температуры воздуха на выходе горячей линии 2 теплообменника 1 производится посредством регулирования расхода продувочного воздуха при помощи дроссельной заслонки 9. При полностью открытой дроссельной заслонке 9 сопротивление воздуховода 7 наименьшее и ниже, чем в вентиляторном контуре 8 ТРДД, и воздух, проходя по воздуховоду 7 через продувочную линию 6 в атмосферу, имеет большую скорость, чем снаружи воздуховода 7, поэтому давление внутри воздуховода меньше. Происходит подсос воздуха в воздуховод 7 через отверстия 11 ламинаризатора 10. Увеличивается расход продувочного воздуха, что повышает эффективность охлаждения отбираемого от компрессора воздуха в горячей линии 2 для снижения температуры на максимальных режимах работы двигателя. При этом если оси отверстий 11 выполнены под углом к продольной оси воздуховода по ходу движения воздуха, то подсос дополнительно увеличивается.

При повороте регулируемой дроссельной заслонки 9 для изменения (например, уменьшения) количества продуваемого воздуха на ней в момент движения создается на одной половине уплотнение потока и импульс давления, направленный против потока, а на другой половине разрежение потока и противоположный импульс. Это вызывает турбулизацию потока и возбуждает колебания рабочей среды (воздуха) в воздуховоде, которые могут привести к вибрациям конструкции. Волны давления могут при известных соотношениях находиться в условиях акустического резонанса и таким образом служить причиной интенсивных вибраций. Распространяясь вдоль воздуховода, импульс давления в турбулентном потоке достигает отверстий 11 ламинаризатора 10, и поскольку давление в перекрытом воздуховоде выше, чем снаружи воздуховода, то происходит истечение пограничного слоя турбулентного потока из воздуховода через отверстия наружу, что уменьшает импульс давления.

Если в ламинаризаторе 10 выполнено несколько рядов отверстий, то уменьшение импульса давления происходит на каждом ряду, а следовательно снижаются колебания воздуха в воздуховоде. Таким образом, к выходу из воздуховода 7 приходит уменьшенный импульс. Отражаясь от обшивки вентиляторного контура двигателя, он вновь попадает в воздуховод 7 и, проходя ламинаризатор 10, уменьшается еще не определенную величину, и к дроссельной заслонке 9 импульс давления возвращается уменьшенный дважды.

Поскольку по маршруту полета самолета изменяются и режим работы двигателя, и температура атмосферного воздуха, попадающего в вентиляторный контур, а значит и в воздухо-воздушный теплообменник, то дроссельная заслонка 9 регулятора расхода и температуры находится постоянно в движении. Также постоянно возникают и возмущения в воздушном потоке в воздуховоде 7. Благодаря наличию ламинаризатора 10, установленного в воздуховоде 7 перед регулируемой дроссельной заслонкой 9, возмущения воздушного потока сглаживаются и не приводят к возникновению разрушающих вибрационных нагрузок на элементы конструкции системы кондиционирования воздуха и двигателя.

Использование: в авиационной технике, в частности в системах кондиционирования воздуха на летательных аппаратах с турбореактивными двухконтурными двигателями. Сущность изобретения: система подготовки воздуха для летательного аппарата с турбореактивными двухконтурными двигателями, содержит воздухо-воздушный теплообменник, горячая линия которого соединена магистралью отбора воздуха от компрессора двигателя и сообщена с кабиной летательного аппарата. Продувочная линия теплообменника соединена воздуховодом с вентиляторным контуром двигателя и сообщена с атмосферой. Заслонка регулятора расхода и температуры установлена в воздуховоде перед продувочной линией воздухо-воздушного теплообменника. В воздуховоде перед заслонкой регулятора расхода и температуры установлен ламинаризатор потока, выполненный в виде отверстий по контуру воздуховода. Оси отверстий могут быть выполнены под углом к продольной оси воздуховода в направлении потока. Отверстия выполняются в одной поперечной плоскости воздуховода и располагаются в несколько рядов таких плоскостей с угловым смещением. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система подготовки воздуха для летательного аппарата с турбореактивным двухконтурным двигателем, содержащая воздухо-воздушный теплообменник, горячая линия которого соединена магистралью отбора воздуха с компрессором двигателя и сообщена с кабиной летательного аппарата, а продувочная линия соединена воздуховодом с вентиляторным контуром двигателя и сообщена с атмосферой, заслонку регулятора расхода и температуры, установленную в воздуховоде, отличающаяся тем, что она снабжена ламинаризатором потока, установленным в воздуховоде перед заслонкой регулятора расхода и температуры. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что ламинаризатор потока выполнен в виде отверстий по контуру воздуховода. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что оси отверстий выполнены под углом к продольной оси воздуховода. 4. Система по любому из пп.1 3, отличающаяся тем, что отверстия выполнены в одной поперечной плоскости воздуховода. 5. Система по любому из пп.1 4, отличающаяся тем, что ламинаризатор потока выполнен в виде нескольких рядов отверстий по контуру воздуховода.