СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ, УСТАНОВКА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА И СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 2020 года по МПК B64D13/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к системам охлаждения и способам кондиционирования воздуха для использования при охлаждении транспортных средств, таких как коммерческие летательные аппараты.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В известных системах кондиционирования воздуха, применяемых в транспортных средствах, таких как коммерческие летательные аппараты, обычно используется термодинамический цикл на основе воздуха, чтобы обеспечивать подачу холодного сжатого воздуха для различных внутренних отсеков летательного аппарата, таких как пассажирский салон, кабина экипажа, грузовые отсеки и т.п. По меньшей мере некоторые известные системы кондиционирования воздуха приводятся в действие исключительно отбираемым воздухом, извлекаемым из ступеней компрессора двигателей транспортного средства, таких как газотурбинные двигатели летательного аппарата. Отбираемый от двигателя воздух имеет повышенные температуру и давление по сравнению с воздухом внутри транспортного средства. Системы кондиционирования воздуха могут использовать набегающий воздух из окружающей среды снаружи транспортного средства только для охлаждения отбираемого воздуха. После поглощения тепла от отбираемого воздуха набегающий воздух выпускают в окружающую среду. После охлаждения и кондиционирования отбираемого воздуха в системах кондиционирования воздуха отбираемый воздух затем используют для различных задач охлаждения транспортного средства. Например, отбираемый воздух может быть распределен в пассажирском салоне для управления температурой, вентиляцией и повышением давления внутри пассажирского салона.

[0003] Работа обычных систем кондиционирования воздуха может снизить экономию топлива и/или топливную эффективность транспортного средства. Например, использование отбираемого воздуха от двигателя или другого источника отбираемого воздуха для кондиционирования воздуха приводит к затратам энергии, которая в противном случае могла бы использоваться для обеспечения движения. Использование отбираемого воздуха для охлаждения и кондиционирования пассажирского салона может снизить экономию топлива и/или топливную эффективность во время работы транспортного средства, поскольку работа по сгоранию топлива расходуется на выработку отбираемого воздуха высокого давления вместо обеспечения движения. Кроме того, использование набегающего воздуха для охлаждения отбираемого воздуха обычно требует захвата окружающего воздуха во время движения транспортного средства и направления окружающего воздуха в транспортное средство через воздухозаборники или вентиляционные отверстия, что увеличивает лобовое сопротивление для транспортного средства (по сравнению с направлением меньшего количества окружающего воздуха в транспортное средство). Увеличенное лобовое сопротивление может снизить экономию топлива и топливную эффективность, поскольку может потребоваться больше энергии для движения транспортного средства через окружающую среду с заданной скоростью.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Некоторые варианты реализации раскрытия настоящего изобретения обеспечивают систему охлаждения для транспортного средства. Система охлаждения включает в себя кондиционер воздуха и схему управления. При использовании в настоящем документе кондиционер воздуха может включать в себя или представлять собой встроенный блок или узел кондиционирования воздуха. Например, кондиционер воздуха согласно одному или более вариантам реализации, описанным в настоящем документе, может быть встроен в корпус или оболочку и при необходимости может быть портативным, чтобы обеспечить возможность монтажа установки кондиционирования воздуха на транспортном средстве. Термин “кондиционер воздуха” также назван в настоящем документе “установкой кондиционирования воздуха”.

[0005] Установка кондиционирования воздуха системы охлаждения согласно одному или более вариантам реализации включает в себя узел машины с воздушным циклом, компрессорный узел салонного воздуха и смесительный воздуховод. Узел машины с воздушным циклом включает в себя компрессор, выполненный с возможностью приема потока воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, для выработки потока сжатого воздуха. Узел машины с воздушным циклом выполнен с возможностью использования первой части потока сжатого воздуха от компрессора для сообщения энергии компрессору. Компрессорный узел салонного воздуха выполнен с возможностью приема второй части потока сжатого воздуха от компрессора и использования второй части для выработки сжатого набегающего воздуха. Смесительный воздуховод выполнен с возможностью приема сжатого набегающего воздуха и обеспечения возможности смешивания сжатого набегающего воздуха с одним или более из следующего: потоком воздуха перед компрессором или потоком сжатого воздуха после компрессора с выработкой комбинированного потока воздуха, используемого для охлаждения по меньшей мере части транспортного средства.

[0006] Некоторые варианты реализации раскрытия настоящего изобретения обеспечивают систему охлаждения для транспортного средства. Система охлаждения включает в себя установку кондиционирования воздуха и схему управления. Установка кондиционирования воздуха включает в себя узел машины с воздушным циклом, компрессорный узел салонного воздуха и один или более смесительных воздуховодов. Узел машины с воздушным циклом включает в себя компрессор, выполненный с возможностью приема потока воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, для выработки потока сжатого воздуха. Узел машины с воздушным циклом выполнен с возможностью использования первой части потока сжатого воздуха от компрессора для сообщения энергии компрессору. Компрессорный узел салонного воздуха выполнен с возможностью приема второй части потока сжатого воздуха от компрессора узла машины с воздушным циклом. Вторая часть является отдельной от первой части. Компрессорный узел салонного воздуха выполнен с возможностью использования второй части для выработки сжатого набегающего воздуха. Указанные один или более смесительных воздуховодов выполнены с возможностью приема сжатого набегающего воздуха и обеспечения возможности смешивания сжатого набегающего воздуха с одним или более из следующего: потоком воздуха перед компрессором или потоком сжатого воздуха после компрессора с выработкой комбинированного потока воздуха, используемого для охлаждения по меньшей мере части транспортного средства. Схема управления функционально соединена с установкой кондиционирования воздуха. Схема управления выполнена с возможностью управления траекториями потока через установку кондиционирования воздуха в различных конкретных конфигурациях на основании одного или более из следующего: режима эксплуатации транспортного средства и температуры окружающей среды снаружи транспортного средства.

[0007] Некоторые варианты реализации раскрытия настоящего изобретения обеспечивают способ кондиционирования воздуха для использования в транспортном средстве. Способ включает сжатие посредством компрессора потока воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, принимаемый из источника отбираемого воздуха для выработки потока сжатого воздуха. Способ включает использование первой части потока сжатого воздуха от компрессора для обеспечения указанного сжатия потока воздуха и использование второй части потока сжатого воздуха для выработки сжатого набегающего воздуха. Способ также включает смешивание сжатого набегающего воздуха с одним или более из следующего: потоком воздуха перед компрессором или потоком сжатого воздуха после компрессора с выработкой комбинированного потока воздуха и использование комбинированного потока воздуха для регулирования температуры по меньшей мере одного отсека в транспортном средстве.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] На ФИГ. 1 показано перспективное изображение спереди транспортного средства согласно варианту реализации раскрытия настоящего изобретения.

[0009] На ФИГ. 2 приведено схематическое изображение транспортного средства согласно варианту реализации раскрытия настоящего изобретения.

[0010] На ФИГ. 3 представлено схематическое изображение системы охлаждения транспортного средства, показанной на ФИГ. 1 и 2, согласно варианту реализации раскрытия настоящего изобретения.

[0011] На ФИГ. 4 приведено схематическое изображение системы охлаждения по ФИГ. 3, показывающее ее установку кондиционирования воздуха в первой наземной конфигурации.

[0012] На ФИГ. 5 приведено схематическое изображение системы охлаждения по ФИГ. 3 и 4, показывающее установку кондиционирования воздуха во второй наземной конфигурации.

[0013] На ФИГ. 6 приведено схематическое изображение системы охлаждения по ФИГ. 3 - 5, показывающее установку кондиционирования воздуха в конфигурации крейсерского полета.

[0014] На ФИГ. 7 приведена блок-схема способа кондиционирования воздуха для использования в транспортном средстве, согласно варианту реализации раскрытия настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] Некоторые варианты реализации раскрытия настоящего изобретения включают в себя установку кондиционирования воздуха, которая выполнена с возможностью охлаждения и кондиционирования воздуха. По сравнению с известными системами кондиционирования воздуха установка кондиционирования воздуха в вариантах реализации, описанных в настоящем документе, может извлекать меньше отбираемого воздуха из источника отбираемого воздуха, такого как газотурбинный двигатель или вспомогательная силовая установка, и в то же время отвечать требованиям кондиционирования воздуха. Следовательно, во время работы транспортного средства может быть использован больший процент сжатого воздуха, вырабатываемого внутри двигателя, для обеспечения движения транспортного средства. Кроме того, установка кондиционирования воздуха, описанная в настоящем документе, может также потребовать использования меньшего количества набегающего воздуха во время работы, чем известные системы кондиционирования воздуха, что приводит к уменьшению лобового сопротивления для транспортного средства. Вследствие уменьшенного количества отбираемого воздуха и набегающего воздуха, необходимого для кондиционирования воздуха, установка кондиционирования воздуха, раскрытая в настоящем документе, может повысить экономию топлива и топливную эффективность транспортного средства. Повышенные экономия топлива и топливная эффективность могут привести к увеличению дальности работы транспортного средства и снижению затрат на топливо.

[0016] Установка кондиционирования воздуха согласно вариантам реализации, описанным в настоящем документе, включает в себя узел машины с воздушным циклом, который по текучей среде и термодинамически соединен с компрессорным узлом салонного воздуха через систему воздуховодов. Узел машины с воздушным циклом выполнен с возможностью повышения давления потока воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, для выработки потока сжатого воздуха. Компрессорный узел салонного воздуха выполнен с возможностью повышения давления набегающего воздуха для выработки сжатого набегающего воздуха. Сжатый набегающий воздух смешивается с отбираемым воздухом в смесительном воздуховоде либо до, либо после сжатия потока воздуха узлом машины с воздушным циклом с выработкой комбинированного потока воздуха. Комбинированный поток воздуха может быть выпущен из установки кондиционирования воздуха и направлен в один или более отсеков транспортного средства. Комбинированный поток воздуха регулируется по температуре и может быть использован для обеспечения охлаждения, вентиляции и/или повышения давления внутри транспортного средства.

[0017] На выходе некоторых известных систем кондиционирования воздуха обычно находится только отбираемый воздух, так что набегающий воздух используется исключительно для охлаждения отбираемого воздуха и затем выпускается из транспортного средства. Однако установка кондиционирования воздуха согласно указанным вариантам реализации раскрытия настоящего изобретения выдает комбинированный поток воздуха, который представляет собой смесь отбираемого воздуха и набегающего воздуха. Комбинация отбираемого воздуха со сжатым набегающим воздухом может эффективно ограничить количество отбираемого воздуха, используемого установкой кондиционирования воздуха. Например, установка кондиционирования воздуха, описанная в настоящем документе, может использовать меньше отбираемого воздуха, чем известные системы кондиционирования воздуха во всех режимах эксплуатации транспортного средства, и также может использовать меньше набегающего воздуха, чем известные системы кондиционирования воздуха.

[0018] Установка кондиционирования воздуха согласно одному или более вариантам реализации раскрытия настоящего изобретения использует пневматическую энергию отбираемого воздуха, извлекаемого из источника отбираемого воздуха транспортного средства, для сжатия набегающего воздуха до заданного давления. Установка кондиционирования воздуха может полностью использовать энергетический потенциал отбираемого воздуха посредством использования отбираемого воздуха для одновременного привода узла машины с воздушным циклом и компрессорного узла салонного воздуха. Например, поток сжатого воздуха (который включает в себя отбираемый воздух) от узла машины с воздушным циклом может быть разделен таким образом, что первая часть потока сжатого воздуха направлена в турбину узла машины с воздушным циклом для обеспечения сжатия отбираемого воздуха, а вторая часть потока сжатого воздуха направлена в турбину компрессорного узла салонного воздуха для обеспечения сжатия набегающего воздуха.

[0019] На ФИГ. 1 показано перспективное изображение спереди транспортного средства 10 согласно варианту реализации раскрытия настоящего изобретения. Транспортное средство 10 в показанном варианте реализации представляет собой летательный аппарат и называется в настоящем документе летательным аппаратом 10. В частности, летательный аппарат 10, показанный на ФИГ. 1, может представлять собой коммерческий летательный аппарат. Летательный аппарат представляет собой один неограничивающий примерный вариант реализации транспортного средства, описанный в настоящем документе, и транспортное средство 10 в других вариантах реализации раскрытия настоящего изобретения может быть транспортным средством другого типа, таким как рельсовое транспортное средство, автобус, автомобиль, морское судно или т.п. Например, установка кондиционирования воздуха, описанная в настоящем документе, в различных вариантах реализации может быть установлена на различных отличающихся транспортных средствах для управления температурой, давлением и вентиляцией воздуха внутри транспортных средств. Различные отличающиеся транспортные средства, которые могут включать в себя установку кондиционирования воздуха, включают в себя коммерческие летательные аппараты, такие как летательный аппарат 10, показанный на ФИГ. 1, но не ограничены коммерческим летательным аппаратом.

[0020] Летательный аппарат 10 в показанном варианте реализации включает в себя двигательную систему 12 с двумя главными двигателями 14 для приведения в движение летательного аппарата 10. Главные двигатели 14 могут быть газотурбинными (например, турбовентиляторными) двигателями. Главные двигатели 14 могут размещаться на крыльях 16 летательного аппарата 10. В других вариантах реализации двигательная система 12 может включать в себя только один или более двух главных двигателей 14, и/или главные двигатели 14 могут быть установлены на фюзеляже 18 и/или хвостовом оперении 20 летательного аппарата 10 вместо крыльев 16. Фюзеляж 18 летательного аппарата 10 образует внутреннее пространство 26 (показанное на ФИГ. 2), которое может включать в себя множество отсеков, таких как пассажирский салон 28, кабина 30 экипажа, грузовая область 32 и т.п.

[0021] На ФИГ. 2 приведено схематическое изображение летательного аппарата 10 согласно варианту реализации раскрытия настоящего изобретения. Схема летательного аппарата 10 на ФИГ. 2 показывает компоненты летательного аппарата 10, используемые для выработки и подачи кондиционированного воздуха во внутреннее пространство 26 летательного аппарата 10. Например, летательный аппарат 10 в показанном варианте реализации включает в себя один или более источников 113 отбираемого воздуха и систему 115 охлаждения. Указанные один или более источников 113 отбираемого воздуха выполнены с возможностью подачи сжатого воздуха (например, называемого в настоящем документе отбираемым воздухом) в систему 115 охлаждения.

[0022] Система 115 охлаждения выполнена с возможностью извлечения энергии из отбираемого воздуха для получения кондиционированного воздуха, который предоставляется для различных задач охлаждения и/или вентиляции в летательном аппарате 10. По меньшей мере часть кондиционированного воздуха из системы 115 охлаждения может быть распределена во внутреннем пространстве 26, например внутри пассажирского салона 28, в котором находятся пассажиры, кабины 30 экипажа, в котором находятся пилоты и/или другие члены экипажа, и/или грузовой области 32, в которой хранятся грузы (например, домашние животные, багаж, бестарный груз и т.д.). Кондиционированный воздух может иметь регулируемые температуру, давление и/или влажность. Следует отметить, что компоненты летательного аппарата 10, показанные на схеме по ФИГ. 2, относятся к кондиционированию воздуха и не предназначены для представления всех компонентов, систем, устройств и т.п. летательного аппарата 10.

[0023] Система 115 охлаждения включает в себя установку 145 кондиционирования воздуха и схему 146 управления. Установка 145 кондиционирования воздуха представляет собой систему с различными компонентами и устройствами для обработки воздуха и управления температурой, такими как теплообменники, компрессоры, турбины, клапаны и воздуховоды, которые показаны и описаны подробно со ссылкой на ФИГ. 3-6. Установка 145 кондиционирования воздуха согласно вариантам реализации, описанным в настоящем документе, обеспечивает повышение давления, вентиляцию и управление температурой для летательного аппарата 10 в течение всего периода эксплуатации летательного аппарата 10. Установка 145 кондиционирования воздуха может быть выполнена с возможностью изменения конфигурации для использования в наземном режиме эксплуатации летательного аппарата 10, когда летательный аппарат 10 находится неподвижно на уровне земли, в крейсерском режиме эксплуатации летательного аппарата 10, когда летательный аппарат 10 совершает полет на эшелоне в крейсерском режиме, и в любых условиях полета или режимах между ними. Например, в одном или более вариантах реализации, описанных в настоящем документе, установка 145 кондиционирования воздуха выполнена с возможностью изменения конфигурации с получением одной или более наземных конфигураций для использования, когда летательный аппарат 10 находится в наземном режиме эксплуатации, и выполнена с возможностью изменения конфигурации с получением одной или более конфигураций крейсерского полета для использования, когда летательный аппарат 10 находится в крейсерском режиме эксплуатации.

[0024] Схема 146 управления функционально соединена с установкой 145 кондиционирования воздуха и выполнена с возможностью управления работой установки 145 кондиционирования воздуха. Например, схема 146 управления может быть использована для (i) открытия и закрытия клапанов, (ii) включения и отключения переключателей, двигателей и/или вентиляторов и (iii) мониторинга различных параметров, таких как температура и давление в системе, температура в отсеках летательного аппарата, температура окружающей среды снаружи, высота летательного аппарата, скорость летательного аппарата и т.п. Схема 146 управления может быть выполнена с возможностью открытия и закрытия конкретных клапанов для управления траекториями потока (например, траекториями потока воздуха) через установку 145 кондиционирования воздуха в различных конкретных конфигурациях установки 145 кондиционирования воздуха. Схема 146 управления может выбирать или переключаться в одну из конкретных конфигураций установки 145 кондиционирования воздуха на основании различных входных сигналов, принимаемых схемой 146 управления. В качестве примера, схема 146 управления может изменять конфигурацию траекторий потока воздуха через установку 145 кондиционирования воздуха на основании различных режимов эксплуатации летательного аппарата 10 (например, крейсерского полета или при нахождении на земле) и/или на основании условий окружающей среды снаружи летательного аппарата 10. Условия окружающей среды могут включать в себя температуру окружающей среды снаружи летательного аппарата 10, высоту летательного аппарата 10, влажность окружающей среды снаружи летательного аппарата 10 и/или т.п.

[0025] Летательный аппарат 10 в показанном варианте реализации включает в себя множество источников 113 отбираемого воздуха, которые выполнены с возможностью подачи отбираемого воздуха в установку 145 кондиционирования воздуха системы 115 охлаждения. В частности, летательный аппарат 10 включает в себя главные двигатели 14 и вспомогательную силовую установку 152 (сокращенно “ВСУ” на ФИГ. 2), которые представляют собой источники 113 отбираемого воздуха. Главные двигатели 14 принимают воздух, который всасывается в компрессор (не показано) соответствующего главного двигателя 14 снаружи летательного аппарата 10. Воздух сжимается компрессором перед прохождением в камеру сгорания (не показано), в которой воздух сжигают с топливом с получением тяги для приведения в движение летательного аппарата 10. По меньшей мере один из главных двигателей 14 включает в себя выпускное отверстие (не показано) вдоль промежуточной ступени компрессора, который выполнен с возможностью обеспечения возможности выхода отбираемого воздуха из главного двигателя 14 перед поступлением в камеру сгорания. Отбираемый воздух из указанного по меньшей мере одного главного двигателя 14 может быть перемещен через воздуховод 154 отбираемого воздуха в установку 145 кондиционирования воздуха.

[0026] Вспомогательная силовая установка 152 может быть газотурбинным двигателем на борту летательного аппарата 10. Вспомогательная силовая установка 152 вырабатывает энергию для нетяговых нагрузок внутри летательного аппарата 10, а не для приведения в движение летательного аппарата 10. Вспомогательная силовая установка 152 может также вырабатывать отбираемый воздух повышенного давления для использования установкой 145 кондиционирования воздуха во время наземного режима эксплуатации летательного аппарата 10. Например, вспомогательная силовая установка 152 может подавать энергию, когда главные двигатели 14 выключены или работают на холостом ходу, например, когда летательный аппарат 10 находится на земле. Как и главный двигатель 14, вспомогательная силовая установка 152 может осуществлять наддув воздуха внутрь компрессора (не показано) вспомогательной силовой установки 152 для выработки отбираемого воздуха. Вспомогательная силовая установка 152 может также обеспечивать электроэнергию и/или мощность на валу, которые могут быть использованы для запуска главного двигателя и запитывания электрических нагрузок (например, светильников и приборов). Отбираемый воздух от вспомогательной силовой установки 152 может быть перемещен через воздуховод 156 отбираемого воздуха в установку 145 кондиционирования воздуха. Воздуховод 156 отбираемого воздуха при необходимости может соединяться с воздуховодом 154 отбираемого воздуха, как показано на ФИГ. 2. Хотя это не показано на ФИГ. 2, летательный аппарат 10 может включать в себя клапаны вдоль воздуховодов 154, 156 отбираемого воздуха, которые управляют потоком воздуха через воздуховоды 154, 156 отбираемого воздуха. Клапаны могут управляться схемой 146 управления системы 115 охлаждения или другой схемой управления на летательном аппарате 10. Например, при нахождении летательного аппарата 10 в наземном режиме эксплуатации клапаны могут управляться так, чтобы обеспечивать возможность прохождения отбираемого воздуха от вспомогательной силовой установки 152 через воздуховод 156 отбираемого воздуха в установку 145 кондиционирования воздуха с блокированием потока отбираемого воздуха от главных двигателей 14 через воздуховод 154 отбираемого воздуха.

[0027] Установка 145 кондиционирования воздуха системы 115 охлаждения принимает набегающий воздух через воздуховод 158 набегающего воздуха летательного аппарата 10. Воздуховод 158 набегающего воздуха проходит от впускного отверстия 160 для набегающего воздуха на внешней поверхности летательного аппарата 10 в установку 145 кондиционирования воздуха. Впускное отверстие 160 для набегающего воздуха может быть воздухозаборником совкового типа или вентиляционным отверстием, через который или которое набегающий воздух поступает в летательный аппарат 10. Набегающий воздух является воздухом, который окружает летательный аппарат 10 снаружи и проходит в летательный аппарат 10 вследствие движения летательного аппарата 10. В показанном варианте реализации воздуховод 158 набегающего воздуха летательного аппарата 10 может разделяться или разветвляться на множество впускных воздуховодов, таких как первый впускной воздуховод 178 набегающего воздуха, второй впускной воздуховод 179 набегающего воздуха и третий впускной воздуховод 180 набегающего воздуха. Первый и второй впускные воздуховоды 178, 179 набегающего воздуха соединяются с установкой 145 кондиционирования воздуха через впускное отверстие 124 для набегающего воздуха (показанное на ФИГ. 3) и выполнены с возможностью подачи набегающего воздуха в компрессорный узел 126 салонного воздуха (ФИГ. 3). Третий впускной воздуховод 180 набегающего воздуха соединяется с установкой 145 кондиционирования воздуха на впускном отверстии 182 теплоотвода (ФИГ. 3) и сообщается по текучей среде с теплоотводящим контуром 144 набегающего воздуха (ФИГ. 3).

[0028] Установка 145 кондиционирования воздуха извлекает энергию из отбираемого воздуха для сжатия набегающего воздуха. Набегающий воздух смешивается с отбираемым воздухом внутри установки 145 кондиционирования воздуха с образованием комбинированного потока воздуха. Комбинированный поток воздуха выпускают из установки 145 кондиционирования воздуха в качестве кондиционированного воздуха, который распределяется через один или более воздуховодов 161 подачи воздуха в пассажирский салон 28, кабину 30 экипажа, грузовую область 32 и/или другие отсеки во внутреннем пространстве 26 летательного аппарата 10. Комбинированный поток воздуха кондиционируют установкой 145 кондиционирования воздуха с обеспечением регулирования температуры, регулирования влажности, управления вентиляцией и/или повышением давления внутри летательного аппарата 10. Комбинированный поток воздуха может смешиваться с воздухом внутри пассажирского салона 28 и при необходимости может быть выпущен из летательного аппарата 10 через выпускное отверстие 162 летательного аппарата 10. В одном или более вариантах реализации часть набегающего воздуха, принимаемого внутрь установки 145 кондиционирования воздуха от воздуховода 158 набегающего воздуха, не сжимают, а используют для поглощения тепла внутри установки 145 кондиционирования воздуха. Например, эта часть набегающего воздуха может быть использована для поглощения тепла из отбираемого воздуха. Часть набегающего воздуха, используемая для поглощения тепла, выходит из установки 145 кондиционирования воздуха через выпускной воздуховод 166 к выпускному отверстию 164 летательного аппарата 10, где нагретый набегающий воздух вытесняется из летательного аппарата 10.

[0029] В одном или более вариантах реализации установка 145 кондиционирования воздуха может представлять собой единую целостную систему, так что компоненты установки 145 кондиционирования воздуха обычно могут быть расположены в одном корпусе или оболочке. При необходимости схема 146 управления может быть расположена в корпусе, может быть закреплена на внешней поверхности корпуса или может быть установлена удаленно от установки 145 кондиционирования воздуха. Установка 145 кондиционирования воздуха может быть достаточно компактной и легкой для переноски руками. В результате размещение установки 145 кондиционирования воздуха может быть относительно простым внутри летательного аппарата 10 или другого транспортного средства, содержащего существующую систему кондиционирования воздуха на основе отбираемого воздуха, путем загрузки установки 145 кондиционирования воздуха в соответствующее положение и выполнения соответствующих соединений в системе воздуховодов, крепежных изделий, электрических компонентов и т.п.

[0030] В указанных одной или более наземных конфигурациях установка 145 кондиционирования воздуха может подавать кондиционированный воздух во внутреннее пространство 26 летательного аппарата 10, пока летательный аппарат находится на земле. Например, кондиционированный воздух может обеспечивать комфортные условия для пассажиров при погрузочно-разгрузочных работах в пассажирском салоне 28 и может обеспечивать комфортные условия для летного экипажа при подготовке к предстоящему полету или уборке после предыдущего полета. Различные наземные конфигурации установки 145 кондиционирования воздуха показаны и описаны со ссылкой на ФИГ. 4 и 5. Например, на ФИГ. 4 представлена первая наземная конфигурация, а на ФИГ. 5 представлена вторая наземная конфигурация. В первой и второй наземных конфигурациях вспомогательную силовую установку 152 летательного аппарата 10 используют для подачи отбираемого воздуха в установку 145 кондиционирования воздуха. Установка 145 кондиционирования воздуха использует отбираемый воздух для сжатия набегающего воздуха таким образом, что давление набегающего воздуха является по существу таким же, как давление отбираемого воздуха, принимаемого от вспомогательной силовой установки 152. Давление набегающего воздуха может быть по существу таким же, как давление отбираемого воздуха, принимаемого от вспомогательной силовой установки 152, в пределах заданного диапазона давления отбираемого воздуха (например, в пределах 1%, 5% или 10% давления отбираемого воздуха). Траектории потока воздуха через установку 145 кондиционирования воздуха имеют такую конфигурацию, что входящий отбираемый воздух смешивается со сжатым набегающим воздухом, и потоки отбираемого и сжатого набегающего воздуха охлаждаются вместе внутри установки 145 кондиционирования воздуха. Первая наземная конфигурация может быть использована, когда температура окружающей среды снаружи летательного аппарата 10 на уровне земли равна заданной пороговой температуре или выше нее. Вторая наземная конфигурация, показанная на ФИГ. 5, имеет слегка отличающуюся траекторию потока, чем первая наземная конфигурация, и может быть использована, когда температура окружающей среды ниже заданной пороговой температуры.

[0031] В указанных одной или более конфигурациях крейсерского полета установка 145 кондиционирования воздуха может подавать кондиционированный воздух для повышение давления, регулирования температуры и управления вентиляцией внутреннего пространства 26 летательного аппарата 10 во время крейсерского режима эксплуатации летательного аппарата 10 (например, при полете на заданной крейсерской высоте). Одна конфигурация крейсерского полета установки 145 кондиционирования воздуха показана и описана со ссылкой на ФИГ. 6. Хотя показана только одна конфигурация крейсерского полета, в показанных вариантах реализации, установка 145 кондиционирования воздуха может быть выполнена с возможностью изменения конфигурации с получением дополнительных конфигураций крейсерского полета в других вариантах реализации, как описано в настоящем документе. В каждой конфигурации крейсерского полета по меньшей мере один из главных двигателей 14 летательного аппарата 10 используют для подачи отбираемого воздуха в установку 145 кондиционирования воздуха. Установка 145 кондиционирования воздуха использует отбираемый воздух для сжатия набегающего воздуха таким образом, что давление набегающего воздуха является по существу таким же, как давление пассажирского салона 28. Давление набегающего воздуха может быть по существу таким же, как давление пассажирского салона 28 в пределах заданного диапазона давления салонного воздуха (например, в пределах 1%, 5% или 10% давления салонного воздуха). В конфигурации крейсерского полета сжатый набегающий воздух не смешивается с отбираемым воздухом, как в наземных конфигурациях, а вместо этого смешивается с набегающим воздухом, выпускаемым из силовой турбины, и охлаждается им. Отбираемый воздух, однако, смешивается со сжатым набегающим воздухом перед выпуском из установки 145 кондиционирования воздуха таким образом, что выходящий поток воздуха включает в себя как отбираемый воздух, так и сжатый набегающий воздух, аналогично наземным конфигурациям.

[0032] Схема 146 управления выполнена с возможностью управления (например, выбора и переключения между) различными конфигурациями установки 145 кондиционирования воздуха. Схема 146 управления включает в себя и/или представляет собой одну или более аппаратных схем) компонентов схем, которые включают в себя одно или более из следующего: процессоры, контроллеры и/или другие устройства на основе аппаратной логики, соединенные с контроллерами, или включают в себя указанное и соединены с одним указанным. Схема 146 управления может включать в себя центральный процессор (central processing unit, CPU), один или более микропроцессоров, графический процессор (graphics processing unit, GPU) или любой другой электронный компонент, способный обрабатывать введенные данные в соответствии с конкретными логическими инструкциями. Например, схема 146 управления может исполнять инструкции, хранящиеся на материальном и некратковременном компьютерочитаемом носителе для хранения (например, устройстве памяти). Например, схема 146 управления может быть выполнена с возможностью включения или отключения конкретных клапанов в установке 145 кондиционирования воздуха для изменения траекторий потока согласно инструкциям, хранящимся на устройстве памяти, в ответ на конкретные инициирующие события. Инициирующие события могут включать в себя входной сигнал, принимаемый от устройства ввода оператора (например, оператор вручную выбирает конкретную конфигурацию установки 145 кондиционирования воздуха посредством клавиатуры, ручного устройства ввода или т.п.). Другие инициирующие события схемы 146 управления для изменения конфигурации траектории потока установки 145 кондиционирования могут быть основаны на выявленных условиях эксплуатации летательного аппарата 10 и/или выявленных условиях окружающей среды, как описано более подробно в настоящем документе. Схема 146 управления может быть функционально соединена с установкой 145 кондиционирования воздуха по одной или более проводным линиям управления или беспроводным линиям связи, так что схема 146 управления может передавать сигналы управления беспроводным образом или по проводным каналам на различные клапаны, воздуходувки (например, вентиляторы) и другие устройства установки 145 кондиционирования воздуха.

[0033] На ФИГ. 3 представлено схематическое изображение системы 115 охлаждения летательного аппарата 10, показанной на ФИГ. 1 и 2, согласно варианту реализации раскрытия настоящего изобретения. На ФИГ. 3 показан неограничивающий пример системной архитектуры установки 145 кондиционирования воздуха. Установка 145 кондиционирования воздуха включает в себя узел 116 машины с воздушным циклом, компрессорный узел 126 салонного воздуха для сжатия набегающего воздуха и один или более смесительных воздуховодов 138. Узел 116 машины с воздушным циклом приводят в действие отбираемым воздухом, а компрессорный узел 126 салонного воздуха приводят в действие силовой турбиной 130. Узел 116 машины с воздушным циклом в оригинале данного документа назван узлом ACM (air cycle machine) 116, а компрессорный узел 126 салонного воздуха в оригинале данного документа назван узлом CAC (cabin air compressor) 126. Узел 116 машины с воздушным циклом, компрессорный узел 126 салонного воздуха и указанные один или более смесительных воздуховодов 138 расположены вдоль циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха установки 145 кондиционирования воздуха. Циркуляционный контур 170 кондиционирования воздуха образован последовательностью соединенных друг с другом воздуховодов 171, выполненных с возможностью направления потока воздуха по заданным траекториям. Термин “воздуховоды” предназначен для широкого охвата различных элементов для обработки воздуха, таких как трубопроводы, желоба, трубки, шланги и т.п. Воздуховоды 171 направляют поток отбираемого воздуха и набегающего воздуха между компонентами и устройствами в установке 145 кондиционирования воздуха. Установка 145 кондиционирования воздуха также включает в себя теплоотводящий контур 144 набегающего воздуха, выполненный отдельно от циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха. Теплоотводящий контур 144 набегающего воздуха перемещает поток воздуха, который способен поглощать тепло от воздуха внутри циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха.

[0034] Установка 145 кондиционирования воздуха включает в себя множество клапанов 172, расположенных вдоль воздуховодов 171 циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха. Клапаны 172 выполнены с возможностью избирательного открытия и закрытия для управления траекториями потоков воздуха через циркуляционный контур 170 кондиционирования воздуха. Схема 146 управления может управлять состояниями или положениями клапанов 172 посредством передачи сигналов управления на клапаны 172. Схема 146 управления может передавать сигналы управления на соответствующие клапаны 172 беспроводным образом и/или по проводящим проводам. На ФИГ. 3-6 клапаны 172 с “X” представляют открытые или по меньшей мере частично открытые клапаны 172, которые обеспечивают возможность прохождения через них текучей среды, а клапаны 172, которые представляют собой пустые кружки (например, без “X”), представляют закрытые клапаны 172, которые блокируют прохождение текучей среды через них. Хотя все клапаны 172 изображены в открытом положении, на ФИГ. 3 необязательно не приведена какая-либо из конкретных конфигураций установки 145 кондиционирования воздуха, которая будет использоваться при эксплуатации летательного аппарата 10.

[0035] Узел 116 машины с воздушным циклом включает в себя компрессор 118 и турбину 120, которые механически соединены друг с другом посредством вала 122. Например, вращение турбины 120 обусловливает вращение вала 122, которое вызывает вращение компрессора 118. Компрессор 118 и турбина 120 могут включать в себя одну или более ступеней вращающихся лопастей и неподвижных лопаток (не показано). В одном или более вариантах реализации, описанных в настоящем документе, компрессор 118 узла 116 машины с воздушным циклом выполнен с возможностью приема потока воздуха, который включает в себя отбираемый воздух. Поток воздуха может включать в себя сжатый набегающий воздух с отбираемым воздухом или только отбираемый воздух в зависимости от выбранной конфигурации установки 145 кондиционирования воздуха. Компрессор 118 повышает давление потока воздуха для выработки потока сжатого воздуха. Узел 116 машины с воздушным циклом также выполнен с возможностью использования части потока сжатого воздуха, который выходит из компрессора 118 для сообщения энергии компрессору 118. Например, часть потока сжатого воздуха, используемая для сообщения энергии компрессору 118, направляется к турбине 120 и расширяется с проходом через турбину 120. Турбина 120 извлекает энергию из потока сжатого воздуха, которая используется в качестве пневматической энергии для обеспечения вращения компрессора 118 посредством вала 122.

[0036] Компрессорный узел 126 салонного воздуха в показанном варианте реализации включает в себя первый компрессор 128 салонного воздуха, второй компрессор 129 салонного воздуха и турбину 130, которые механически соединены друг с другом посредством вала 132. Компрессорный узел 126 салонного воздуха расположен на расстоянии от узла 116 машины с воздушным циклом, таким образом, что вал 132 выполнен отдельно от вала 122 узла 116 машины с воздушным циклом.

[0037] Компрессорный узел 126 салонного воздуха выполнен с возможностью приема другой части потока сжатого воздуха от компрессора 118 узла 116 машины с воздушным циклом. Например, первую часть потока сжатого воздуха направляют в турбину 120 узла 116 машины с воздушным циклом, а отдельную, вторую часть потока сжатого воздуха направляют в компрессорный узел 126 салонного воздуха. Компрессорный узел 126 салонного воздуха использует вторую часть сжатого воздуха для выработки сжатого набегающего воздуха. Например, в зависимости от выбранной конфигурации установки 145 кондиционирования воздуха, один или оба компрессора 128, 129 салонного воздуха принимают набегающий воздух и сжимают набегающий воздух с выработкой сжатого набегающего воздуха. Вторую часть потока сжатого воздуха от компрессора 118 направляют через турбину 130 компрессорного узла 126 салонного воздуха. Турбина 130 расширяет поток сжатого воздуха и извлекает энергию из потока сжатого воздуха, проходящего через турбину 130. Извлекаемая энергия используется в качестве пневматической энергии для обеспечения вращения одного или обоих компрессоров 128, 129 салонного воздуха посредством вала 132.

[0038] Указанные один или более смесительных воздуховодов 138 представляют собой воздуховоды 171 в циркуляционном контуре 170 кондиционирования воздуха, которые выполнены с возможностью приема как сжатого набегающего воздуха, так и потока воздуха, содержащего в себе отбираемый воздух. Например, в зависимости от местоположения смесительного воздуховода 138 смесительный воздуховод 138 может принимать поток воздуха, содержащий отбираемый воздух, по потоку перед компрессором 118 или может принимать поток сжатого воздуха, содержащий отбираемый воздух, по потоку после компрессора 118. Смесительный воздуховод 138 обеспечивает возможность смешивания сжатого набегающего воздуха с потоком отбираемого воздуха и/или потоком сжатого отбираемого воздуха с образованием комбинированного потока воздуха, включающего в себя набегающий воздух и отбираемый воздух. Комбинированный поток воздуха используют для охлаждения по меньшей мере части летательного аппарата 10 после смешивания с выхлопом из турбины 120. В показанном варианте реализации установка 145 кондиционирования воздуха включает в себя первый смесительный воздуховод 138A и второй смесительный воздуховод 138B. Первый смесительный воздуховод 138A выполнен по потоку перед компрессором 118 узла 116 машины с воздушным циклом по направлению потока воздуха через циркуляционный контур 170 кондиционирования воздуха. Первый смесительный воздуховод 138A принимает поток воздуха, содержащий отбираемый воздух, который поступает в установку 145 кондиционирования воздуха через впускной воздуховод 174 отбираемого воздуха. Первый смесительный воздуховод 138A также принимает сжатый набегающий воздух, выходящий из одного или обоих компрессоров 128, 129 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха. Поскольку первый смесительный воздуховод 138A выполнен по потоку перед компрессором 118, комбинированный поток воздуха, вырабатываемый в первом смесительном воздуховоде 138A, направляют в компрессор 118 узла 116 машины с воздушным циклом.

[0039] Второй смесительный воздуховод 138B находится по потоку после компрессора 118 узла 116 машины с воздушным циклом. Второй смесительный воздуховод 138B принимает поток сжатого отбираемого воздуха после его выхода из компрессора 118 узла 116 машины с воздушным циклом и прохождения через турбину 130 компрессорного узла 126 салонного воздуха. Второй смесительный воздуховод 138B также принимает сжатый набегающий воздух, выходящий из одного или обоих компрессоров 128, 129 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха. Комбинированный поток воздуха, вырабатываемый во втором смесительном воздуховоде 138B может быть впоследствии смешан с воздухом, выпускаемым из турбины 120, и выпущен из установки 145 кондиционирования воздуха для охлаждения по меньшей мере части летательного аппарата 10. В зависимости от выбранной конфигурации установки 145 кондиционирования воздуха, поток сжатого воздуха может смешиваться с отбираемым воздухом только в одном или обоих смесительных воздуховодах 138A, 138B, как описано более подробно в настоящем документе.

[0040] Установка 145 кондиционирования воздуха также может включать в себя делитель 134, расположенный по потоку после компрессора 118 узла 116 машины с воздушным циклом. Делитель 134 расположен между компрессором 118 и турбиной 120 узла 116 машины с воздушным циклом. Например, делитель 134 находится по потоку после компрессора 118 и перед турбиной 120. Делитель 134 выполнен с возможностью разделения потока воздуха от одного воздуховода 171 на два выходящих потока воздуха вдоль различных воздуховодов 171. Например, делитель 134 принимает поток сжатого воздуха от компрессора 118 и разделяет поток сжатого воздуха на первую и вторую части потока сжатого воздуха. Первую часть потока сжатого воздуха перемещают вдоль первого отводного воздуховода 173 к турбине 120 узла 116 машины с воздушным циклом, а вторую часть потока сжатого воздуха перемещают вдоль второго отводного воздуховода 175 к турбине 130 компрессорного узла 126 салонного воздуха. Первая и вторая части потока сжатого воздуха являются отдельными друг от друга и не смешиваются друг с другом. Делитель 134 может быть фитингом между воздуховодами 171, специально разработанным воздуховодом или вставкой внутри воздуховода 171.

[0041] Клапан 172A делителя может быть расположен на делителе 134 или в непосредственной близости к делителю 134 для управления тем, как происходит разделение потока сжатого воздуха на первую и вторую части в делителе 134. Например, клапан 172A делителя в показанном варианте реализации расположен вдоль второго отводного воздуховода 175. Регулировка клапана 172A делителя для увеличения массового расхода потока сжатого воздуха через клапан 172A делителя увеличивает массовый расход второй части, которую направляют к турбине 130 компрессорного узла 126 салонного воздуха, и уменьшает массовый расход первой части, которую направляют к турбине 120 узла 116 машины с воздушным циклом. И наоборот, уменьшение открытия клапана 172A делителя уменьшает массовый расход второй части и увеличивает массовый расход первой части. В альтернативном варианте реализации клапан 172A делителя может быть расположен вдоль первого отводного воздуховода 173 вместо второго отводного воздуховода 175, или клапан 172A делителя вдоль второго отводного воздуховода 175 используют со вторым клапаном вдоль первого отводного воздуховода 173.

[0042] По меньшей мере в одном варианте реализации установка 145 кондиционирования воздуха включает в себя корпус 142 или оболочку, и по меньшей мере часть компонентов установки 145 кондиционирования воздуха расположены в корпусе 142. Например, в показанном варианте реализации узел 116 машины с воздушным циклом, компрессорный узел 126 салонного воздуха и смесительные воздуховоды 138A, 138B расположены в корпусе 142, вместе с соединенными друг с другом воздуховодами 171. Часть теплоотводящего контура 144 набегающего воздуха также может быть расположена в корпусе 142. Например, корпус 142 включает в себя впускное отверстие 182 теплоотвода для обеспечения направления набегающего воздуха от впускного воздуховода 180 набегающего воздуха к части теплоотводящего контура 144 набегающего воздуха, расположенной в корпусе 142. Корпус 142 может быть выполнен из жесткого материала, например из одного или более пластиков и/или металлов. Схема 146 управления установлена на или в корпусе 142 в показанном варианте реализации, а схема 146 управления может быть расположена в корпусе 142 или расположена удаленно от корпуса 142 (например, снаружи и на расстоянии от корпуса 142) в других вариантах реализации. В альтернативном варианте реализации установка 145 кондиционирования воздуха может быть выполнена без корпуса 142, или по меньшей мере часть узла 116 машины с воздушным циклом и/или компрессорного узла 126 салонного воздуха может быть расположена снаружи корпуса 142.

[0043] В показанном варианте реализации установка 145 кондиционирования воздуха включает в себя первый теплообменник 112 и второй теплообменник 150. Оба теплообменника 112, 150 обеспечивают перенос тепла между циркуляционным контуром 170 кондиционирования воздуха и теплоотводящим контуром 144 набегающего воздуха. Тепло отводится из циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха в теплоотводящий контур 144 набегающего воздуха в теплообменниках 112, 150. В показанном варианте реализации первый и второй теплообменники 112, 150 размещены последовательно вдоль циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха на противоположных сторонах компрессора 118 узла 116 машины с воздушным циклом. Первый теплообменник 112 принимает поток воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, перед компрессором 118. Первый теплообменник 112 используют для уменьшения рабочей температуры потока воздуха перед поступлением потока воздуха в компрессор 118. Компрессор 118 узла 116 машины с воздушным циклом принимает поток воздуха от первого теплообменника 112. Поток сжатого воздуха, выходящий из компрессора 118, проходит через второй теплообменник 150. Например, второй теплообменник 150 расположен вдоль траектории потока между компрессором 118 и делителем 134. Второй теплообменник 150 используют для уменьшения рабочей температуры потока сжатого воздуха перед тем, как поток сжатого воздуха достигает делителя 134 и разделяется на первую и вторую части.

[0044] Корпус 142 установки 145 кондиционирования воздуха включает в себя впускное отверстие 114 для отбираемого воздуха, которое сообщается по текучей среде с первым теплообменником 112 через впускной воздуховод 174 отбираемого воздуха. Впускной воздуховод 174 отбираемого воздуха соединен с воздуховодами 154, 156 (или является продолжением воздуховодов 154, 156) отбираемого воздуха (показано на ФИГ. 2), которые проходят от указанных одного или более источников 113 отбираемого воздуха. Отбираемый воздух от указанных одного или более источников 113 отбираемого воздуха перемещают в установку 145 кондиционирования воздуха через впускное отверстие 114 для отбираемого воздуха. Корпус 142 также включает в себя выпускное отверстие 140, через которое комбинированный поток воздуха выходит из установки 145 кондиционирования воздуха. Комбинированный поток воздуха смешивают с воздухом, выходящим из турбины 120 узла 116 машины с воздушным циклом. Получаемый в результате поток воздуха выпускается через выпускное отверстие 140 и проходит через воздуховоды 161 подачи воздуха во внутреннее пространство 26 (показанное на ФИГ. 2) летательного аппарата 10.

[0045] Циркуляционный контур 170 кондиционирования воздуха принимает набегающий воздух через первый и второй впускные воздуховоды 178, 179 набегающего воздуха, проходящие через впускное отверстие 124 для набегающего воздуха в корпусе 142. Первый впускной воздуховод 178 набегающего воздуха соединен по текучей среде с первым компрессором 128 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха, а второй впускной воздуховод 179 набегающего воздуха соединен по текучей среде со вторым компрессором 129 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха. Набегающий воздух, который проходит через первый и второй впускные воздуховоды 178, 179 набегающего воздуха, сжимают компрессорами 128, 129 салонного воздуха, в частности компрессорного узла 126 салонного воздуха, для выработки сжатого набегающего воздуха. Например, первый поток набегающего воздуха в первом впускном воздуховоде 178 набегающего воздуха может быть сжат первым компрессором 128 салонного воздуха, а отличающийся, второй поток набегающего воздуха во втором впускном воздуховоде 179 набегающего воздуха может быть сжат вторым компрессором 129 салонного воздуха. Сжатый набегающий воздух, выходящий из компрессорного узла 126 салонного воздуха, может быть выработан одним или обоими компрессорами 128, 129 салонного воздуха.

[0046] Поток воздуха, который проходит через третий впускной воздуховод 180 набегающего воздуха, перемещается через теплоотводящий контур 144 набегающего воздуха и поглощает тепло из воздуха внутри циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха в первом и втором теплообменниках 112, 150. Теплоотводящий контур 144 набегающего воздуха может включать в себя вентилятор 206, который приводит в действие поток воздуха через теплоотводящий контур 144 набегающего воздуха с обеспечением достаточного расхода потока воздуха для рассеяния заданного количества тепла от циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха. Вентилятор 206 приводят в действие двигателем 208. После прохождения через теплообменники 112, 150 поток воздуха внутри теплоотводящего контура 144 набегающего воздуха выпускают из установки 145 кондиционирования воздуха через выпускное отверстии 168 теплоотвода в корпусе 142. Поток выпущенного воздуха проходит через выпускной воздуховод 166 (показанный на ФИГ. 2) перед выходом из летательного аппарата 10 через выпускное отверстие 164 (ФИГ. 2).

[0047] Установка 145 кондиционирования воздуха также включает в себя конденсатор 194 и устройство 196 для извлечения воды, расположенные вдоль циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха между компрессором 118 узла 116 машины с воздушным циклом и турбинами 120, 130 узлов 116, 126 машины с воздушным циклом и компрессоров салонного воздуха, в частности. Более конкретно, конденсатор 194 и устройство 196 для извлечения воды расположены последовательно между вторым теплообменником 150 и делителем 134. Устройство 196 для извлечения воды может быть водоотделителем высокого давления, выполненным с возможностью удаления влаги из потока сжатого воздуха. Вода, извлекаемая из потока сжатого воздуха, переносится по каналу 210 для воды и снова впрыскивается в теплоотводящий контур 144 набегающего воздуха, расположенный по потоку перед вторым теплообменником 150, с обеспечением дополнительного теплоотвода для системы.

[0048] На ФИГ. 4 приведено схематическое изображение системы 115 охлаждения, показывающее установку 145 кондиционирования воздуха в первой наземной конфигурации. Как описано выше, установка 145 кондиционирования воздуха выполнена с возможностью изменения конфигурации для получения различных конфигураций схемой 146 управления, управляющей по отдельности состояниями или положениями клапанов 172 вдоль циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха. Схема 146 управления управляет состояниями клапанов 172 передачей электрических сигналов управления на клапаны 172 по проводным каналам или по линиям беспроводной связи. Установка 145 кондиционирования воздуха может быть выполнена с возможностью изменения конфигурации с получением множества различных наземных конфигураций. По меньшей мере в одном варианте реализации схема 146 управления выполнена с возможностью выбора или сохранения установки 145 кондиционирования воздуха в одной из наземных конфигураций при нахождении летательного аппарата 10 на земле.

[0049] Установка 145 кондиционирования воздуха принимает первую наземную конфигурацию, когда схема 146 управления закрывает клапан 172B компрессора салонного воздуха, перепускной клапан 172C для горячего газа и перепускной клапан 172D конденсатора. Клапан 172B компрессора салонного воздуха расположен вдоль второго впускного воздуховода 179 набегающего воздуха, и закрытие клапана 172B компрессора салонного воздуха блокирует поток набегающего воздуха во второй компрессор 129 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха. В результате, второй компрессор 129 салонного воздуха не принимает набегающий воздух и не вырабатывает сжатого набегающего воздуха при нахождении в первой наземной конфигурации. Перепускной клапан 172C для горячего газа расположен вдоль перепускного воздуховода 188 для горячего газа, который расположен по потоку после компрессоров 128, 129 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха и по потоку перед первым смесительным воздуховодом 138A и первым теплообменником 112. Закрытие перепускного клапана 172C для горячего газа обеспечивает направление всего сжатого набегающего воздуха из компрессорного узла 126 салонного воздуха в первый смесительный воздуховод 138A.

[0050] Перепускной клапан 172D конденсатора расположен вдоль перепускного воздуховода 190 конденсатора, который расположен по потоку после компрессора 118 и второго теплообменника 150 и по потоку перед конденсатором 194, устройством 196 для извлечения воды и делителем 134. Закрытие перепускного клапана 172D конденсатора обеспечивает прохождение всего потока сжатого воздуха от компрессора 118 и второго теплообменника 150 через конденсатор 194 и устройство 196 для извлечения воды перед достижением делителя 134. Другие клапаны 172, расположенные вдоль циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха, в показанном варианте реализации устанавливают или удерживают в открытом положении в первой наземной конфигурации для обеспечения возможности прохождения потока воздуха через них по траектории потока, описанной ниже. Как показано на ФИГ. 4-6, сплошные линии потока представляют собой линии потока, которые обеспечивают прохождение по ним текучей среды, а пунктирные линии потока представляют собой линии потока без прохождения по ним текучей среды. На ФИГ. 4, поскольку клапан 172B компрессора салонного воздуха, перепускной клапан 172C для горячего газа и перепускной клапан 172D конденсатора закрыты, жидкость не проходит через второй впускной воздуховод 179 набегающего воздуха, перепускной воздуховод 188 для горячего газа или перепускной воздуховод 190 конденсатора, что показано пунктирными линиями.

[0051] Когда установка 145 кондиционирования воздуха находится в первой наземной конфигурации, установка 145 кондиционирования воздуха принимает отбираемый воздух от вспомогательной силовой установки 152 (показанной на ФИГ. 2). Первый компрессор 128 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха принимает набегающий воздух через первый впускной воздуховод 178 набегающего воздуха для выработки сжатого набегающего воздуха. Второй компрессор 129 салонного воздуха не принимает набегающий воздух, так что только первый компрессор 128 салонного воздуха вырабатывает сжатый набегающий воздух. В одном варианте реализации компрессорный узел 126 салонного воздуха может сжимать набегающий воздух так, чтобы он имел по существу такое же давление, как давление отбираемого воздуха, принимаемого от вспомогательной силовой установки 152, в пределах заданного диапазона давления отбираемого воздуха (например, в пределах 1%, 5% или 10% давления отбираемого воздуха). Сжатый набегающий воздух от первого компрессора 128 салонного воздуха направляют в первый смесительный воздуховод 138A. В первом смесительном воздуховоде 138A, сжатый набегающий воздух смешивается с потоком воздуха, содержащим отбираемый воздух, подаваемый от вспомогательной силовой установки 152, с образованием комбинированного потока воздуха.

[0052] Комбинированный поток воздуха проходит от смесительного воздуховода 138A через первый теплообменник 112, в котором тепло от комбинированного потока воздуха переносится в поток воздуха внутри теплоотводящего контура 144 набегающего воздуха для охлаждения комбинированного потока воздуха. Комбинированный поток воздуха затем сжимают компрессором 118 узла 116 машины с воздушным циклом с образованием потока сжатого воздуха. Сжатие приводит к нагреву воздуха, так что поток сжатого воздуха, выходящий из компрессора 118, направлен через второй теплообменник 150 для охлаждения потока сжатого воздуха.

[0053] Поток сжатого воздуха направляют от второго теплообменника 150 через конденсатор 194, за которым расположено устройство 196 для извлечения воды. Конденсатор 194 обеспечивает дополнительное охлаждение потока сжатого воздуха с обеспечением того, что рабочая температура потока сжатого воздуха, поступающего в устройство 196 для извлечения воды, является достаточно низкой для осуществления конденсирования части воды, находящейся в воздухе, с получением жидкости перед поступлением в устройство 196 для извлечения воды. Вода, извлекаемая из потока сжатого воздуха в устройстве 196 для извлечения воды, направляется по каналу 210 для воды и впрыскивается в теплоотводящий контур 144 набегающего воздуха для увеличения эффективности охлаждения потока воздуха внутри теплоотводящего контура 144 набегающего воздуха.

[0054] После выхода из устройства 196 для извлечения воды поток сжатого воздуха делят на первую и вторую части в делителе 134. Первая часть расширяется с проходом через турбину 120 узла 116 машины с воздушным циклом с сообщением энергии компрессору 118. Например, энергия потока сжатого воздуха, проходящего через лопасти ротора и лопатки турбины 120, вызывает вращение компрессора 118 посредством вала 122 и охлаждает в указанном процессе поток сжатого воздуха. Вторая часть потока сжатого воздуха направляется в компрессорный узел 126 салонного воздуха и расширяется при проходе через турбину 130 с сообщением энергии первому компрессору 128 салонного воздуха. Таким образом, поток сжатого воздуха, который представляет собой комбинированный поток воздуха в первой наземной конфигурации, используют для одновременного сообщения энергии компрессору 118 узла 116 машины с воздушным циклом и первому компрессору 128 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха.

[0055] Первую и вторую части потока сжатого воздуха охлаждают внутри соответствующих турбин 120, 130. В показанном варианте реализации вторая часть потока сжатого воздуха, выходящего из турбины 130, направляется через конденсатор 194 и поглощает тепло из потока сжатого воздуха, находящегося по потоку перед делителем 134 и устройством 196 для извлечения воды. Таким образом, вторую часть потока сжатого воздуха нагревают внутри конденсатора 194. Первая и вторая части потока сжатого воздуха сходятся после выхода из соответствующих турбин 120, 130. В показанном варианте реализации вторая часть сходится c первой частью в смесительном воздуховоде 192, находящемся между конденсатором 194 и выпускным отверстием 140 установки 145 кондиционирования воздуха. Установка 145 кондиционирования воздуха выполнена с возможностью кондиционирования комбинированного потока воздуха с получением заданных температуры, давления и влажности. В неограничивающем примере комбинированный поток воздуха, выпущенный вдоль воздуховода 161 подачи воздуха, может иметь температуру ниже 32 градусов по Фаренгейту (°F) (0 градусов по Цельсию (°C)), например между 0 и 20 °F (-17,8 и -6,7 °C).

[0056] В первой наземной конфигурации, вентилятор 206 приводят в действие двигателем 208 для продвижения потока воздуха через теплоотводящий контур 144 набегающего воздуха с необходимым расходом с обеспечением рассеяния необходимого количества тепла от воздуха внутри циркуляционного контура 170 кондиционирования воздуха в теплообменниках 112, 150. Работа двигателя 208 при необходимости может соответствовать требованиям к питанию только установки 145 кондиционирования воздуха, независимо от электрической энергии для питания схемы 146 управления и энергии, затрачиваемой на выработку отбираемого воздуха, подаваемого в установку 145 кондиционирования воздуха.

[0057] На ФИГ. 5 приведено схематическое изображение системы 115 охлаждения, показывающее установку 145 кондиционирования воздуха во второй наземной конфигурации. Разница между первой и второй наземными конфигурациями состоит в том, что перепускной клапан 172C для горячего газа по меньшей мере частично открыт во второй наземной конфигурации, показанной на ФИГ. 5, вместо полного закрытия, как в первой наземной конфигурации. Схема 146 управления частично открывает перепускной клапан 172C для горячего газа для обеспечения прохождения части сжатого набегающего воздуха, выходящего из первого компрессора 128 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха через перепускной воздуховод 188 для горячего газа, с обходом первого смесительного воздуховода 138A, обоих теплообменников 112, 150 и узла 116 машины с воздушным циклом. Первая часть сжатого набегающего воздуха, которая не проходит через перепускной воздуховод 188 для горячего газа, следует по траектории потока, описанной со ссылкой на первую наземную конфигурацию, показанную на ФИГ. 4. Например, первая часть сжатого набегающего воздуха смешивается с потоком воздуха в первом смесительном воздуховоде 138A с образованием по меньшей мере части комбинированного потока воздуха.

[0058] Вторая часть сжатого набегающего воздуха, которая проходит через перепускной воздуховод 188 для горячего газа, не сжимается узлом 116 машины с воздушным циклом и не направляется в ни в одну из турбин 120, 130. Наоборот, вторая часть сжатого набегающего воздуха смешивается со второй частью потока сжатого воздуха, которая выходит из турбины 130 компрессорного узла 126 салонного воздуха во втором смесительном воздуховоде 138B, с образованием комбинированного потока воздуха. В одном варианте реализации первую часть сжатого набегающего воздуха, которую направляют в первый смесительный воздуховод 138A, имеет больший массовый расход, чем вторая часть сжатого набегающего воздуха, которую направляют через перепускной воздуховод 188 для горячего газа. Таким образом, большую часть сжатого набегающего воздуха от компрессорного узла 126 салонного воздуха направляют в первый смесительный воздуховод 138A, а не через перепускной воздуховод 188 для горячего газа. В неограничивающем примере массовый расход первой части может быть по меньшей мере в восемь раз больше, чем массовый расход второй части, направляемой через перепускной воздуховод 188 для горячего газа.

[0059] Схема 146 управления может частично открывать перепускной клапан 172C для горячего газа для повышения температуры комбинированного потока воздуха, выходящего из установки 145 кондиционирования воздуха (по сравнению с не направлением какого-либо сжатого набегающего воздуха через перепускной воздуховод 188 для горячего газа). Например, вторая часть сжатого набегающего воздуха, выходящего из первого компрессора 128 салонного воздуха, имеет более высокую температуру, чем вторая часть потока сжатого воздуха, выходящего из турбины 130 компрессорного узла 126 салонного воздуха, так что сжатый набегающий воздух, направляемый через перепускной воздуховод 188 для горячего газа во второй смесительный воздуховод 138B, увеличивает температуру комбинированного потока воздуха. Комбинированный поток воздуха затем проходит через конденсатор 194.

[0060] По меньшей мере в одном варианте реализации схема 146 управления может быть выполнена с возможностью переключения между первой и второй наземными конфигурациями при соответствии одному или более заданным условиям или обстоятельствам, таким как измеренная температура окружающей среды снаружи летательного аппарата 10, когда летательный аппарат 10 находится на земле. Например, если температура окружающей среды ниже заданной пороговой температуры, схема 146 управления может выбрать вторую наземную конфигурацию. В альтернативном варианте реализации, если температура окружающей среды равна заданной температуре или выше нее, схема 146 управления может выбрать первую наземную конфигурацию, показанную на ФИГ. 4. Пороговая температура может быть задана конкретно для различных моделей летательного аппарата, требований к кондиционированному воздуху, параметров компонентов и/или предпочтений оператора. Неограничивающие примеры значений температуры, которые могут быть использованы в качестве пороговой температуры включают в себя 60 °F (15,5 °C), 70 °F (21,1 °C), 80 °F (26,7 °C), и 90 °F (32,2 °C). Например, если пороговая температура задана как 80 °F (26,7 °C), то схема 146 управления выполнена с возможностью выбора первой наземной конфигурации, когда температура окружающей среды задана как 80 °F (26,7 °C) или выше, и выполнена с возможностью выбора второй наземной конфигурации, когда температура окружающей среды задана ниже 80 °F (26,7 °C). Еще одним условием или обстоятельством, которое может повлиять на выбор использования первой или второй наземной конфигурации, является количество установок 145 кондиционирования воздуха, которые используются для обеспечения охлаждения летательного аппарата 10. Например, даже если температура окружающей среды ниже заданной пороговой температуры, схема 146 управления может быть выполнена с возможностью выбора первой наземной конфигурации, показанной на ФИГ. 4, если используют две или более одной установок 145 кондиционирования воздуха.

[0061] На ФИГ. 6 приведено схематическое изображение системы 115 охлаждения, показывающее установку 145 кондиционирования воздуха в конфигурации крейсерского полета. Установка 145 кондиционирования воздуха может быть переведена в конфигурацию крейсерского полета, когда летательный аппарат 10 находится в полете на крейсерской высоте. Установка 145 кондиционирования воздуха принимает конфигурацию крейсерского полета, когда схема 146 управления устанавливает клапан 172B компрессора салонного воздуха, перепускной клапан 172C для горячего газа и перепускной клапан 172D конденсатора в открытое положение и устанавливает первый главный клапан 172E и второй главный клапан 172F в закрытое положение. Первый главный клапан 172E расположен между перепускным воздуховодом 188 для горячего газа и первым смесительным воздуховодом 138A. Посредством открытия перепускного клапана 172C для горячего газа и закрытия первого главного клапана 172E, весь сжатый набегающий воздух от компрессорного узла 126 салонного воздуха может быть направлен через перепускной воздуховод 188 для горячего газа во второй смесительный воздуховод 138B. Таким образом, сжатый набегающий воздух полностью обходит узел 116 машины с воздушным циклом, и только поток воздуха с отбираемым воздухом сжимают компрессором 118 узла 116 машины с воздушным циклом. Кроме того, поскольку сжатый набегающий воздух обходит узел 116 машины с воздушным циклом, поток сжатого воздуха образован только отбираемым воздухом. Кроме того, только отбираемый воздух представляет собой поток сжатого воздуха, который разделяют на два потока и направляют в турбины 120, 130 для сообщения энергии в узел 116 машины с воздушным циклом и компрессорного узла 126 салонного воздуха, в частности. Сжатый набегающий воздух также обходит теплообменники 112, 150. Сжатый набегающий воздух не смешивается с отбираемым воздухом потока сжатого воздуха с выработкой комбинированного потока воздуха до тех пор, пока вторая часть потока сжатого воздуха не выйдет из турбины 130 компрессорного узла 126 салонного воздуха и не пройдет во второй смесительный воздуховод 138B.

[0062] Посредством открытия клапана 172B компрессора салонного воздуха, второй компрессор 129 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха принимает набегающий воздух через второй впускной воздуховод 179 набегающего воздуха. В результате, оба компрессора 128, 129 салонного воздуха компрессорного узла 126 салонного воздуха используют для выработки сжатого набегающего воздуха. Расширение сжатого отбираемого воздуха в турбине 130 приводит к сообщению энергии обоим компрессорам 128, 129 салонного воздуха. Использование обоих компрессоров 128, 129 салонного воздуха может увеличивать количество (например, массовый расход, объемный расход или т.п.) сжатого набегающего воздуха, который выработан компрессорным узлом 126 салонного воздуха. Сжатый набегающий воздух от первого и второго компрессоров 128, 129 салонного воздуха смешивается в воздуховоде 171 и направляется через перепускной воздуховод 188 для горячего газа.

[0063] Второй главный клапан 172F расположен между перепускным воздуховодом 190 конденсатора и конденсатором 194. Посредством открытия перепускного клапана 172D конденсатора и закрытия второго главного клапана 172F весь поток сжатого воздуха от компрессора 118 направляют через перепускной воздуховод 190 конденсатора в делитель 134. Поток сжатого воздуха, выходящий из второго теплообменника 150, обходит конденсатор 194 и устройство 196 для извлечения воды. Например, удаление влаги не обязательно на большой высоте, так что схема 146 управления может обводить поток сжатого воздуха вокруг конденсатора 194 и устройства 196 для извлечения воды для улучшения эффективности воздушного цикла.

[0064] Когда установка 145 кондиционирования воздуха находится в конфигурации крейсерского полета, установка 145 кондиционирования воздуха принимает отбираемый воздух во впускной воздуховод 174 отбираемого воздуха от одного или более главных двигателей 14 (показанных на ФИГ. 1). Установка 145 кондиционирования воздуха не принимает отбираемый воздух от вспомогательной силовой установки 152 при нахождении в конфигурации крейсерского полета. В одном варианте реализации компрессорный узел 126 салонного воздуха может сжимать набегающий воздух так, чтобы его давление было по существу таким же, как давление салонного воздуха внутри пассажирского салона 28 и кабины 30 экипажа (то и то показано на ФИГ. 2). Например, компрессоры 128, 129 салонного воздуха могут сжимать два указанных различных потока набегающего воздуха таким образом, что давление сжатого набегающего воздуха может находиться в пределах заданного диапазона давления салонного воздуха (например, в пределах 1%, 5% или 10% давления салонного воздуха).

[0065] При необходимости двигатель 208, который приводит в действие вентилятор 206 в теплоотводящем контуре 144 набегающего воздуха, может быть отключен схемой 146 управления, когда летательный аппарат 10 находится в полете. Расход набегающего воздуха через теплоотводящий контур 144 набегающего воздуха может быть достаточным для обеспечения необходимого поглощения тепла, так что происходит сохранение энергии, которая использовалась бы для питания двигателя 208.

[0066] Хотя в настоящем документе показана только одна конфигурация крейсерского полета, следует понимать, что установка 145 кондиционирования воздуха может быть выполнена с возможностью изменения конфигурации с получением множества различных конфигураций крейсерского полета исходя из конкретных обстоятельств или условий, таких как температура окружающей среды, высота, количество используемых установок 145 кондиционирования воздуха и/или т.п.

[0067] На ФИГ. 7 приведена блок-схема способа 300 кондиционирования воздуха для использования в транспортном средстве, согласно варианту реализации раскрытия настоящего изобретения. Способ 300 может быть выполнен согласно вариантам реализации, описанным в настоящем документе со ссылкой на ФИГ. 1-6. Например, способ 300 может быть использован для кондиционирования воздуха, используемого для регулирования температуры, вентиляции и/или повышения давления по меньшей мере одного отсека или пространства в транспортном средстве 10, показанном на ФИГ. 1. Транспортное средство 10 описано в настоящем документе в виде летательного аппарата (и называется летательным аппаратом 10), но не ограничено летательным аппаратом. Способ 300 может быть использован на транспортных средствах других типов, таких как рельсовые транспортные средства, автобусы, морские суда и т.п. Способ 300 может быть выполнен полностью или по меньшей мере частично системой 115 охлаждения, показанной на ФИГ. 2, включающей в себя установку 145 кондиционирования воздуха и схему 146 управления.

[0068] На этапе 302 поток воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, сжимают в компрессоре 118 с выработкой потока сжатого воздуха. Компрессор 118 может быть компонентом узла 116 машины с воздушным циклом. На этапе 304 уменьшают рабочую температуру потока сжатого воздуха. Поток сжатого воздуха может быть направлен в теплообменник 150, который обеспечивает рассеяние тепла от потока сжатого воздуха в потоке воздуха внутри теплоотводящего контура 144 набегающего воздуха.

[0069] На этапе 306 разделяют поток сжатого воздуха на первую часть и вторую часть. Например, поток сжатого воздуха, выходящий из теплообменника 150, может быть направлен в делитель 134, который разделяет поток сжатого воздуха на два отдельных потока. На этапе 308 используют первую часть потока сжатого воздуха для обеспечения сжатия потока воздуха. Например, первая часть может быть направлена в турбину 120 узла 116 машины с воздушным циклом. Турбина 120 механически соединена с компрессором 118 посредством вала 122. Первая часть потока сжатого воздуха расширяется с проходом через турбину 120 для обеспечения вращения компрессора 118 посредством вала 122. На этапе 310 используют вторую часть потока сжатого воздуха для выработки сжатого набегающего воздуха. Например, вторая часть может быть направлена в турбину 130 компрессорного узла 126 салонного воздуха. Турбина 130 механически соединена с первым компрессором 128 салонного воздуха и вторым компрессором 129 салонного воздуха посредством вала 132. Вторая часть потока сжатого воздуха расширяется с проходом через турбину 130 для обеспечения вращения одного или обоих компрессоров 128, 129 салонного воздуха. Набегающий воздух, принимаемый в одном или обоих компрессорах 128, 129 салонного воздуха, сжимают с выработкой сжатого набегающего воздуха.

[0070] На этапе 312 определяют, находится ли транспортное средство (например, летательный аппарат 10) в наземном режиме эксплуатации. Например, схема 146 управления может принимать входной сигнал от измерительного устройства, которое показывает, находится летательный аппарат 10 на земле или в полете. Если летательный аппарат 10 находится на земле, процесс переходит к этапу 314. На этапе 314 определяют, равна ли температура окружающей среды снаружи летательного аппарата 10 заданной пороговой температуре или выше нее. Например, схема 146 управления может принимать входной сигнал от датчика температуры и может сравнивать измеренную температуру с записанным пороговым значением температуры для определения, равна ли температура окружающей среды заданному пороговому значению или выше него. Если температура окружающей среды равна заданной пороговой температуре или выше нее, процесс способа 300 переходит к этапу 316.

[0071] На этапе 316 смешивают сжатый набегающий воздух с потоком воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, перед тем, как поток воздуха достигает компрессора 118, и полученная смесь образует или вырабатывает комбинированный поток воздуха. Например, схема 146 управления может переводить установку 145 кондиционирования воздуха в первую наземную конфигурацию на этапе 316 посредством управления положением или состояниями различных клапанов 172. В первой наземной конфигурации сжатый набегающий воздух направляется в первый смесительный воздуховод 138A, выполненный по потоку перед компрессором 118, и смешивается с потоком воздуха в первом смесительном воздуховоде 138A. Комбинированный поток воздуха, включающий в себя как набегающий воздух, так и отбираемый воздух, затем сжимают внутри компрессора 118 узла 116 машины с воздушным циклом с выработкой потока сжатого воздуха на этапе 302.

[0072] Если температура окружающей среды на этапе 314 ниже заданной пороговой температуры, процесс переходит к этапу 318. На этапе 318 смешивают сжатый набегающий воздух как с потоком воздуха перед компрессором 118, так и с потоком сжатого воздуха после компрессора 118 с выработкой комбинированного потока воздуха. Например, схема 146 управления может переводить установку 145 кондиционирования воздуха во вторую наземную конфигурацию на этапе 318 посредством изменения положений по меньшей мере части клапанов 172 для изменения траектории потока воздуха через установку 145 кондиционирования воздуха. Во второй наземной конфигурации первую часть сжатого набегающего воздуха направляют в первый смесительный воздуховод 138A для смешивания с потоком воздуха перед компрессором 118, а вторую, перепускную часть сжатого набегающего воздуха направляют во второй смесительный воздуховод 138B для смешивания с потоком сжатого воздуха после компрессора 118.

[0073] Если транспортное средство находится не в наземном режиме на этапе 312, так что летательный аппарат 10 находится в крейсерском режиме эксплуатации, процесс способа 300 переходит к этапу 320. На этапе 320 смешивают сжатый набегающий воздух с потоком сжатого воздуха после компрессора 118 с выработкой комбинированного потока воздуха. Например, схема 146 управления может выполнять конфигурирование установки 145 кондиционирования воздуха с получением конфигурации крейсерского полета на этапе 320. В конфигурации крейсерского полета весь сжатый набегающий воздух может быть направлен через перепускной воздуховод 188 для горячего газа для смешивания с потоком сжатого воздуха во втором смесительном воздуховоде 138B. Таким образом, только отбираемый воздух (не сжатый набегающий воздух) может быть сжат внутри компрессора 118 с выработкой потока сжатого воздуха на этапе 302, и только отбираемый воздух может быть разделен на первую и вторую части на этапе 304 для использования для обеспечения сжатия потока воздуха на этапе 308 и выработки сжатого набегающего воздуха на этапе 310.

[0074] Этап 322 следует за каждым из этапов 316, 318 и 320. На этапе 322 комбинированный поток воздуха, который включает в себя как отбираемый воздух, так и сжатый набегающий воздух, смешивают с выхлопом от турбины 120 узла 116 машины с воздушным циклом и используют комбинированный поток воздуха для регулирования температуры в транспортном средстве (например, летательном аппарате 10). Например, комбинированный поток воздуха, смешанный с выпускным потоком турбины 120, может быть выпущен из установки 145 кондиционирования воздуха через выпускное отверстие 140 и подан в пассажирский салон 28, кабину 30 экипажа и/или другие области летательного аппарата 10 с обеспечением управления температурой, вентиляцией и/или повышением давления.

[0075] Хотя это не показано на ФИГ. 7, способ 300 может включать один или более этапов изменения конфигурации траекторий потока через установку 145 кондиционирования воздуха для переключения конфигураций установки 145 кондиционирования воздуха. Этапы изменения конфигурации могут быть выполнены схемой 146 управления, осуществляющей выборочное открытие и закрытие конкретных заданных клапанов 172 для управления различными соответствующими траекториями потока и задания различных соответствующих траекторий потока сжатого набегающего воздуха и отбираемого воздуха внутри установки 145 кондиционирования воздуха. Изменение конфигурации может произойти при переходе летательного аппарата 10 между различными режимами эксплуатации (например, из наземного режима эксплуатации при нахождении на земле в крейсерский режим эксплуатации во время полета летательного аппарата 10), изменении температуры окружающей среды или т.п.

[0076] Как описано в настоящем документе, варианты реализации раскрытия настоящего изобретения обеспечивают кондиционированный воздух для транспортного средства, такого как летательный аппарат, который может использовать меньше отбираемого воздуха, извлекаемого от двигателя (например, главного двигателя и/или вспомогательной силовой установки), чем известные системы кондиционирования воздуха. Варианты реализации, описанные в настоящем документе, могут также обеспечивать более компактную установку кондиционирования воздуха, чем известные системы кондиционирования воздуха, так как отбираемый воздух смешивают с набегающим воздухом внутри установки кондиционирования воздуха, при необходимости в общем корпусе. Варианты реализации, описанные в настоящем документе, могут полностью использовать энергетический потенциал отбираемого воздуха посредством использования отбираемого воздуха, со сжатым набегающим воздухом или без него, для одновременного привода турбины узла машины с воздушным циклом и турбины компрессорного узла салонного воздуха.

[0077] При использовании в настоящем документе элемент или этап, который приведен в единственном числе и которому предшествует грамматический показатель единственного числа, не следует понимать как обязательно исключающий множественное число этих элементов или этапов. Кроме того, ссылки на "один вариант реализации " не предназначены для истолкования как исключающие существование дополнительных вариантов реализации, которые также включают перечисленные признаки. Кроме того, если явно не указано обратное, варианты реализации изобретения "содержащие" или "имеющие" элемент или множество элементов, имеющих определенное свойство, могут включать в себя дополнительные элементы, не обладающие этим свойством.

[0078] При использовании в настоящем документе термин “контроллер”, “центральный процессор”, “процессор”, “компьютер” или тому подобный может включать в себя любую систему на основе процессора или микропроцессора, включая системы, использующие микроконтроллеры, компьютеры с сокращенным набором команд (reduced instruction set computers, RISC), специализированные интегральные схемы (application specific integrated circuit, ASIC), логические схемы и любые другие схемы или процессоры, включающие в себя аппаратные средства, программное обеспечение или их комбинацию, выполненные с возможностью реализации функций, описанных в настоящем документе. Описанные примеры являются лишь иллюстративными и не предназначены для ограничения каким-либо образом определения и/или значения таких терминов.

[0079] При использовании в настоящем документе конструкция, ограничение или элемент, который “выполнен с возможностью” выполнения задачи или операции, конструктивно выполнен, изготовлен или приспособлен конкретно таким образом, чтобы он соответствовал этому заданию или этой операции. Для целей пояснения и во избежание недоразумений, при использовании в настоящем документе, объект, который просто обладает способностью изменения для выполнения задачи или операции, не является “выполненным с возможностью” выполнения этой задачи или операции.

[0080] Следует понимать, что представленное выше описание предназначается для иллюстрации и не является ограничительным. Например, описанные выше примеры (и/или их аспекты) могут быть использованы в комбинации друг с другом. Кроме того, для адаптации к конкретной ситуации или материалу может быть выполнено множество модификаций идей различных вариантов реализации раскрытия изобретения в рамках его объема. Хотя размеры и типы материалов, описанные в настоящем документе, предназначены для задания параметров различных вариантов реализации раскрытия изобретения, варианты реализации никоим образом не являются ограничительными и представляют собой примерные варианты реализации. Специалистам в данной области техники при рассмотрении приведенного выше описания будут очевидны многие другие варианты реализации. Следовательно, объем различных вариантов реализации раскрытия изобретения должен быть определен со ссылкой на прилагаемую формулу изобретения вместе с полным объемом эквивалентов, на которые такая формула изобретения имеет право. В прилагаемой формуле изобретения выражения "включающий в себя" и "в котором" (in which) использованы в качестве простых английских эквивалентов соответствующих выражений "содержащий/включающий" и "в котором" (wherein). Кроме того, выражения "первый", "второй", "третий" и т.п. использованы только в качестве обозначений и не предназначены для наложения численных требований к их объектам. Кроме того, ограничения следующей формулы изобретения не записаны в формате "средство-плюс-функция" и не предназначены для интерпретации на основе раздела 35 U.S.C. § 112(f), если только для таких ограничений формулы изобретения явным образом не используется выражение "средство для", за которым следует изложение функции без последующей структуры.

[0081] Данное письменное описание использует примеры для раскрытия различных вариантов реализации изобретения, включая наилучший вариант, а также для обеспечения возможности специалистам в области техники применения на практике различных вариантов реализации изобретения, включая выполнение и использование любых устройств или систем и выполнение любых включенных способов. Патентоспособный объем различных вариантов реализации раскрытия изобретения определен формулой изобретения и может включать в себя другие примеры, которые могут оказаться очевидными для специалистов в данной области техники. Такие другие примеры предназначены для включения в объем формулы изобретения, если они имеют конструктивные элементы, которые не отличаются от буквального изложения формулы, или если они включают в себя эквивалентные конструктивные элементы с незначительными отличиями от буквального изложения формулы.

Изобретение относится к системе кондиционирования летательного аппарата. Установка (145) кондиционирования воздуха системы (115) охлаждения включает узел (116) машины с воздушным циклом, компрессорный узел (126) салонного воздуха и смесительный воздуховод (138). Узел (116) машины с воздушным циклом включает в себя компрессор (118), выполненный с возможностью приема потока воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, для выработки потока сжатого воздуха. Узел (116) машины с воздушным циклом использует первую часть потока сжатого воздуха для сообщения энергии компрессору (118). Компрессорный узел (126) салонного воздуха принимает вторую часть потока сжатого воздуха и использует вторую часть для выработки сжатого набегающего воздуха. Смесительный воздуховод (138) принимает сжатый набегающий воздух и обеспечивает возможность смешивания сжатого набегающего воздуха с одним или более из следующего: потоком воздуха перед компрессором (118) или потоком сжатого воздуха после компрессора (118) с выработкой комбинированного потока воздуха, используемого для охлаждения по меньшей мере части транспортного средства (10). Достигается экономия топлива и эффективность кондиционирования отсеков транспортного средства. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Установка (145) кондиционирования воздуха системы (115) охлаждения для транспортного средства (10), содержащая:

узел (116) машины с воздушным циклом, содержащий компрессор (118), выполненный с возможностью приема потока воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, для выработки потока сжатого воздуха, при этом узел (116) машины с воздушным циклом выполнен с возможностью использования первой части потока сжатого воздуха от компрессора (118) для сообщения энергии компрессору (118);

компрессорный узел (126) салонного воздуха, выполненный с возможностью приема второй части потока сжатого воздуха от компрессора (118) узла (116) машины с воздушным циклом и использования второй части для выработки сжатого набегающего воздуха; и

смесительный воздуховод (138), выполненный с возможностью приема сжатого набегающего воздуха и обеспечения возможности смешивания сжатого набегающего воздуха с одним или более из следующего: потоком воздуха перед компрессором (118) или потоком сжатого воздуха после компрессора (118) с выработкой комбинированного потока воздуха, используемого для охлаждения по меньшей мере части транспортного средства (10).

2. Установка (145) кондиционирования воздуха по п. 1, в которой компрессорный узел (126) салонного воздуха включает в себя два компрессора (128, 129) салонного воздуха и турбину (130), которые механически соединены друг с другом,

причем два компрессора (128, 129) салонного воздуха выполнены с возможностью приема и сжатия различных потоков набегающего воздуха с выработкой сжатого набегающего воздуха.

3. Установка (145) кондиционирования воздуха по п. 1, в которой компрессорный узел (126) салонного воздуха включает в себя два компрессора (128, 129) салонного воздуха и турбину (130), которые механически соединены друг с другом,

причем турбина (130) выполнена с возможностью приема и расширения второй части потока сжатого воздуха с сообщением энергии по меньшей мере одному из двух компрессоров (128, 129) салонного воздуха для выработки сжатого набегающего воздуха.

4. Установка (145) кондиционирования воздуха по п. 1, в которой смесительный воздуховод (138) расположен по потоку перед узлом (116) машины с воздушным циклом таким образом, что сжатый набегающий воздух смешивается с потоком воздуха перед компрессором (118) узла (116) машины с воздушным циклом с выработкой комбинированного потока воздуха таким образом, что обеспечена возможность приема комбинированного потока воздуха в компрессоре (118).

5. Установка (145) кондиционирования воздуха по п. 1, в которой смесительный воздуховод (138) расположен по потоку после компрессора (118) узла (116) машины с воздушным циклом таким образом, что сжатый набегающий воздух смешивается с потоком сжатого воздуха с выработкой комбинированного потока воздуха.

6. Установка (145) кондиционирования воздуха по п. 1, также содержащая теплообменник (112), выполненный с возможностью уменьшения рабочей температуры потока воздуха, который включает в себя отбираемый воздух,

причем компрессор (118) узла (116) машины с воздушным циклом выполнен с возможностью приема потока воздуха из теплообменника (112).

7. Установка (145) кондиционирования воздуха по п. 1, также содержащая теплообменник (112) и делитель (134),

причем делитель (134) выполнен с возможностью разделения потока сжатого воздуха на первую часть и вторую часть, а

теплообменник (112) расположен между компрессором (118) узла (116) машины с воздушным циклом и делителем (134) и выполнен с возможностью уменьшения рабочей температуры потока сжатого воздуха от компрессора (118) узла (116) машины с воздушным циклом перед достижением им делителя (134).

8. Установка (145) кондиционирования воздуха по п. 1, в которой узел (116) машины с воздушным циклом включает в себя компрессор (118) и турбину (130), механически соединенную с компрессором (118) посредством вала,

причем турбина (130) выполнена с возможностью приема и расширения первой части потока сжатого воздуха с сообщением энергии компрессору (118) для выработки потока сжатого воздуха.

9. Установка (145) кондиционирования воздуха по п. 8, также содержащая делитель (134), выполненный с возможностью разделения потока сжатого воздуха на первую часть и вторую часть,

причем делитель (134) расположен между компрессором (118) и турбиной (130) узла (116) машины с воздушным циклом таким образом, что делитель (134) принимает поток сжатого воздуха от компрессора (118) и направляет первую часть потока сжатого воздуха к турбине (130) узла (116) машины с воздушным циклом.

10. Установка (145) кондиционирования воздуха по п. 1, также содержащая корпус (142), в котором расположены компрессорный узел (126) салонного воздуха, узел (116) машины с воздушным циклом и смесительный воздуховод (138).

11. Система (115) охлаждения для транспортного средства (10), содержащая:

- установку (145) кондиционирования воздуха, содержащую:

узел (116) машины с воздушным циклом, содержащий компрессор (118), выполненный с возможностью приема потока воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, для выработки потока сжатого воздуха, при этом узел (116) машины с воздушным циклом выполнен с возможностью использования первой части потока сжатого воздуха от компрессора (118) для сообщения энергии компрессору (118);

компрессорный узел (126) салонного воздуха, выполненный с возможностью приема второй части потока сжатого воздуха от компрессора (118) узла (116) машины с воздушным циклом и выполненный с возможностью использования второй части для выработки сжатого набегающего воздуха; и

один или более смесительных воздуховодов (138), выполненных с возможностью приема сжатого набегающего воздуха и обеспечения возможности смешивания сжатого набегающего воздуха с одним или более из следующего: потоком воздуха перед компрессором (118) или потоком сжатого воздуха после компрессора (118) с выработкой комбинированного потока воздуха, используемого для охлаждения по меньшей мере части транспортного средства (10); и

- схему (146) управления, функционально соединенную с установкой (145) кондиционирования воздуха и выполненную с возможностью управления траекториями потока через установку (145) кондиционирования воздуха в различных конкретных конфигурациях на основании одного или более из следующего: режима эксплуатации транспортного средства (10) и температуры окружающей среды снаружи транспортного средства (10).

12. Система (115) охлаждения по п. 11, также содержащая конденсатор и устройство для извлечения воды, расположенные последовательно по потоку после компрессора (118) узла (116) машины с воздушным циклом и перед турбиной (130) узла (116) машины с воздушным циклом, которая механически соединена с компрессором (118),

причем при нахождении транспортного средства (10) в наземном режиме эксплуатации схема (146) управления выполнена с возможностью направления потока сжатого воздуха через конденсатор и устройство для извлечения воды для удаления влаги из потока сжатого воздуха.

13. Система (115) охлаждения по п. 11, в которой при нахождении транспортного средства (10) в наземном режиме эксплуатации и при температуре окружающей среды, равной заданной пороговой температуре или выше нее, схема (146) управления выполнена с возможностью направления всего сжатого набегающего воздуха для смешивания с потоком воздуха в первом смесительном воздуховоде (138) из указанных одного или более смесительных воздуховодов (138), который расположен по потоку перед узлом (116) машины с воздушным циклом,

причем обеспечена возможность приема комбинированного потока воздуха в узле (116) машины с воздушным циклом для выработки потока сжатого воздуха.

14. Система (115) охлаждения по п. 11, в которой при нахождении транспортного средства (10) в наземном режиме эксплуатации и при температуре окружающей среды, ниже заданной пороговой температуры, схема (146) управления выполнена с возможностью направления первой части сжатого набегающего воздуха для смешивания с потоком воздуха в первом смесительном воздуховоде (138a) из указанных одного или более смесительных воздуховодов (138), который расположен по потоку перед узлом (116) машины с воздушным циклом, и направления второй части сжатого набегающего воздуха, которая является отдельной от первой части, для смешивания с потоком сжатого воздуха во втором смесительном воздуховоде (138b) из указанных одного или более смесительных воздуховодов (138), который расположен по потоку после узла (116) машины с воздушным циклом.

15. Система (115) охлаждения по п. 14, в которой первая часть сжатого набегающего воздуха имеет больший массовый расход, чем вторая часть сжатого набегающего воздуха таким образом, что большая часть сжатого набегающего воздуха направлена в первый смесительный воздуховод (138a).

16. Система (115) охлаждения по п. 11, в которой при нахождении транспортного средства (10) в крейсерском режиме эксплуатации схема (146) управления выполнена с возможностью направления всего сжатого набегающего воздуха для смешивания с потоком сжатого воздуха в смесительном воздуховоде (138) из указанных одного или более смесительных воздуховодов (138), который расположен по потоку после узла (116) машины с воздушным циклом.

17. Система (115) охлаждения по п. 11, в которой компрессорный узел (126) салонного воздуха включает в себя два компрессора (128, 129) салонного воздуха и турбину (130), которые механически соединены друг с другом,

причем при нахождении транспортного средства (10) в крейсерском режиме эксплуатации схема (146) управления выполнена с возможностью направления различных потоков набегающего воздуха в каждый из указанных двух компрессоров (128, 129) салонного воздуха компрессорного узла (126) салонного воздуха для выработки сжатого набегающего воздуха.

18. Система (115) охлаждения по п. 11, в которой компрессорный узел (126) салонного воздуха включает в себя два компрессора (128, 129) салонного воздуха и турбину (130), которые механически соединены друг с другом,

причем при нахождении транспортного средства (10) в наземном режиме эксплуатации, схема (146) управления выполнена с возможностью направления потока набегающего воздуха только в один из указанных двух компрессоров (128, 129) салонного воздуха компрессорного узла (126) салонного воздуха для выработки сжатого набегающего воздуха.

19. Способ кондиционирования воздуха для использования в транспортном средстве (10), включающий:

сжатие посредством компрессора (118) потока воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, принимаемый из источника отбираемого воздуха, для выработки потока сжатого воздуха;

использование первой части потока сжатого воздуха от компрессора (118) для обеспечения указанного сжатия потока воздуха;

использование второй части потока сжатого воздуха для выработки сжатого набегающего воздуха;

смешивание сжатого набегающего воздуха с одним или более из следующего: потоком воздуха перед компрессором (118) или потоком сжатого воздуха после компрессора (118) с выработкой комбинированного потока воздуха и

использование комбинированного потока воздуха для регулирования температуры по меньшей мере одного отсека в транспортном средстве (10).

20. Способ по п. 19, также включающий разделение потока сжатого воздуха от компрессора (118) на первую часть и вторую часть и уменьшение рабочей температуры потока сжатого воздуха перед разделением потока сжатого воздуха.

21. Способ по п. 19, согласно которому сжатие потока воздуха и использование первой части потока сжатого воздуха осуществляют узлом (116) машины с воздушным циклом, который включает в себя компрессор (118) и турбину (130), механически соединенную с компрессором (118) посредством вала, а

использование второй части потока сжатого воздуха осуществляют компрессорным узлом (126) салонного воздуха, выполненным отдельно от узла (116) машины с воздушным циклом.

22. Способ по п. 21, согласно которому компрессорный узел (126) салонного воздуха включает в себя два компрессора (128, 129) салонного воздуха и турбину (130), которые механически соединены друг с другом и ориентированы соосно относительно друг друга,

причем способ включает прием второй части потока сжатого воздуха в турбине (130) компрессорного узла (126) салонного воздуха и расширение второй части потока сжатого воздуха с проходом через турбину (130) для сообщения энергии вращения по меньшей мере одному из указанных двух компрессоров (128, 129) салонного воздуха для выработки сжатого набегающего воздуха.

23. Способ по п. 19, согласно которому при нахождении транспортного средства (10) в наземном режиме эксплуатации способ также включает управление одним или более клапанами для направления по меньшей мере части сжатого набегающего воздуха для смешивания с потоком воздуха, который включает в себя отбираемый воздух, в смесительном воздуховоде (138), который расположен по потоку перед компрессором (118).

24. Способ по п. 23, согласно которому при температуре окружающей среды, равной заданной пороговой температуре или выше нее, указанными одним или более клапанами управляют с направлением всего сжатого набегающего воздуха для смешивания с потоком воздуха в смесительном воздуховоде (138) перед компрессором (118).

25. Способ по п. 19, согласно которому при нахождении транспортного средства (10) в крейсерском режиме эксплуатации способ также включает управление одним или более клапанами с направлением сжатого набегающего воздуха для смешивания с потоком сжатого воздуха в смесительном воздуховоде (138), который расположен по потоку после компрессора (118).