СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ, РАЗМЕЩЕННОГО ВО ВНЕШНЕМ КОНТЕЙНЕРЕ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2024 года по МПК B64D13/00 H05K7/20 H01L23/467 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к системе вентиляции тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата, в том числе вертолета, а также может быть применено в других видах транспортных средств, в которых необходимо осуществлять вентиляцию тепловыделяющего оборудования, установленного в них.

Изобретение относится к способам обеспечения заданного теплового режима охлаждаемого оборудования, например, радиоэлектронной аппаратуры, установленной в контейнерах на летательных аппаратах.

В ряде случаев летательные аппараты имеют в своем составе внешнее оборудование, требующее принудительной вентиляции с целью поддержания необходимого температурного режима его компонентов с помощью системы вентиляции. При этом оборудование может располагаться, как внутри корпуса летательного аппарата, так и снаружи.

Основным требованием к подобным устройствам, особенно применяемым в летательных аппаратах, является постоянство обеспечения температурного режима, а также малый вес и габариты системы в целом.

Уровень техники

Известна модульная система кондиционирования воздуха (CN 114030619 A, B64D 13/06, публ. 11.02.2022 г.), которая содержит воздухораспределительный трубопровод, вентиляционный, отопительный и холодильный модули, которые размещены в кабине. В процессе использования вертолета различные модули выбираются в зависимости от температуры окружающей среды. Достигается снижение веса оборудования и вертолета.

Недостатком изобретения является то, что оно рассчитано на поддержание требуемой температуры в кабине летательного аппарата, а не в местах, находящихся на удалении от кабины. Также данное устройство тяжело интегрировать в состав уже имеющегося летательного аппарата без глобальных модернизационных работ.

Известна комплексная система утилизации тепла воздухозаборных каналов вертолета и обогрева салона (CN 113942654 A, B64D 13/06, публ. 18.01.2022), которая содержит запорную арматуру, воздухововлекающий и вентиляционный трубопроводы, вентилятор всасывания воздуха, теплообменник, клапаны управления антиобледенительной системой и отоплением. Изобретение связывает систему защиты от обледенения воздухозаборников двигателей с системой вентиляции и обогрева кабины и позволяет работать в трех режимах на выбор: совместная работа антиобледенительной системы воздухозаборных каналов и системы обогрева кабины; система кондиционирования воздуха (без нагрева); система обогрева кабины.

Недостатком изобретения является то, что оно повышает эффективность обогрева кабины и воздухозаборников двигателей, при этом не рассчитано на поддержание требуемой температуры в отсеках вертолета, удаленных от кабины.

Известен способ воздушного охлаждения тепловыделяющей аппаратуры, расположенной снаружи летательных аппаратов, и система для его реализации (RU 2632057 C2, B64D 13/00, Н05К 7/20, H01L 23/467, публ. 02.10.2017), которые включают тепловой контакт между тепловыделяющими поверхностями аппаратуры и воздушными термоплатами, движение атмосферного воздуха через проточные полости воздушных термоплат, формирование зоны для прохождения и распределения потока атмосферного воздуха через проточные полости воздушных термоплат. Сформированная зона разбивается на независимые участки с шагом, зависящим от выделяющегося тепла на единицу площади.

Скоростной воздушный поток атмосферного воздуха, возникающий при движении летательного аппарата, проходит сначала через воздухозаборник, затем попадает в воздуховоды, диффузоры и коллектор, из которого распределяется через проточные полости воздушных термоплат. Воздушный поток направляют последовательно от первого участка по направлению движения летательного аппарата к последующим участкам. Участки образовывают из воздушного тракта с помощью герметизирующих перегородок.

Недостатком данной конструкции является возможность охлаждения тепловыделяющей аппаратуры при наличии попутного однонаправленного относительно летательного аппарата воздушного потока. При движении винтокрылого летательного аппарата в любом произвольном направлении относительно собственной системы координат эффективность системы охлаждения будет существенно снижаться. Так же следует заметить, что данный способ не может поддерживать заданный температурный режим аппаратуры, в том числе в нем отсутствует возможность поддержания требуемых параметров микроклимата, что критично для ряда авиационных приборов.

Известна система кондиционирования воздуха в кабине вертолета (CN 113353267 A, B64D 13/06; B64D 13/08, публ. 07.09.2021), которая включает модуль регулирования давления, который содержит электрический компрессор и регулятор давления в кабине; электрический воздушный компрессор используется для всасывания воздуха из кабины вертолета в каждый отсек в кабине вертолета; первый нагнетательный вентилятор, компрессор и дроссельный клапан расположены в кабине вертолета, второй теплообменник и второй нагнетательный вентилятор расположены на поверхности кабины вертолета. Первый теплообменник и первый вентилятор расположены в первом воздуховоде; второй теплообменник и второй вентилятор расположены во втором воздуховоде.

Известное устройство тяжело интегрировать в состав оборудования уже имеющегося летательного аппарата, т.к. требуют глобальных работ по модернизации действующих систем.

Известно охлаждающее устройство для системы охлаждения воздушного судна, система охлаждения воздушного судна и способ ее эксплуатации (RU 2489322, B64D 33/10, публ. 03.05.2010), содержащее матричный корпус, в котором выполнено множество каналов для охлаждающей среды, проходящих от первой поверхности матричного корпуса ко второй поверхности матричного корпуса, таким образом, охлаждающая среда может протекать через матричный корпус. Матричный корпус охлаждающего устройства образует секцию наружной обшивки воздушного судна.

Недостатком данной конструкции является необходимость охлаждения забортным воздушным потоком, что препятствует возможности поддержания постоянства температурного режима охлаждаемого оборудования. Также данное устройство тяжело интегрировать в состав оборудования уже имеющегося летательного аппарата, т.к. требуют глобальных работ по модернизации действующих систем.

Известен способ и устройство для охлаждения тепловыделяющего оборудования, наиболее близкие к заявляемому техническому решению, (SU 1815916, B64D 13/08, публ. 20.04.1995 г.), с помощью которых осуществляют продувку оборудования забортным воздухом, который перед подачей на продувку предварительно сжимают и охлаждают в турбохолодильнике. Температуру охлаждаемого воздуха контролируют с помощью датчика и поддерживают выше температуры забортного воздуха. Температуру забортного воздуха контролируют датчиками. Система включает в себя штуцер отбора воздуха, перекрывную заслонку, за которой установлен узел охлаждения, включающий в себя турбохолодильник и перепускной трубопровод с регулирующей заслонкой. Датчик температуры установлен за узлом охлаждения. Блок автоматического управления электрически связан с регулирующей заслонкой и с датчиком температуры. В системе установлены тумблер, соединенный с исполнительным механизмом заслонки и электрический блок датчиков температуры. Один из датчиков фиксирует полную температуру, другой температуру торможения. Оба датчика также связаны с блоком управления. Охлаждающий воздух поступает на радиоэлектронное оборудование.

Недостатком данного устройства является необходимость применения турбохолодильника, что существенно усложняет возможность доработки имеющихся образцов летательных аппаратов в части применения данного способа охлаждения оборудования.

Раскрытие сущности изобретения

Технической проблемой, не решенной в известных устройствах, решение которой обеспечивается настоящим изобретением, является создание системы для вентиляции тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата, которое:

- позволяет подавать предварительно кондиционированный воздух из кабины экипажа к тепловыделяющему оборудованию, размещенному во внешних контейнерах, установленных на летательном аппарате;

- позволяет обеспечить и поддерживать необходимые заданные параметры микроклимата во внешнем контейнере с оборудованием, при этом отличается простотой конструктивного исполнения и возможностью интеграции в имеющуюся архитектуру существующих систем летательных аппаратов.

Технический результат заключается в поддержании заданных параметров микроклимата, а именно температуры и влажности, тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата за счет использования предварительно кондиционированного воздуха из кабины экипажа, который с помощью магистрали забора воздуха подается в трубопровод, а затем к внешнему контейнеру.

Для достижения технического результата предлагается система вентиляции внешнего тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата, содержащая трубопровод 11, подсоединенный к внешнему контейнеру 8, причем, трубопровод 11 содержит магистраль центральную 14, которая соединена с кабиной экипажа 2 с помощью магистрали забора воздуха 15, в которой установлены нагнетающий вентилятор 4 и обратный клапан 5,

при этом магистраль центральная 14 с помощью фитинга 10 соединена по меньшей мере с одной магистралью боковой 16, соединенной с внешним контейнером 8 с помощью переходного патрубка 24, причем в магистрали боковой 16 установлен вспомогательный вентилятор 6, трубопровод 11 состоит из секций, соединенных между собой с помощью гибких манжет 18,

переходный патрубок 24 имеет по меньшей мере один канал, который закреплен к отверстию, выполненному в крепежном фланце 25, который снабжен прокладкой 12 со стороны внешнего контейнера 8.

Кроме того, фитинг 10 выполнен в виде угольника или тройника, или крестовины.

При этом магистраль забора воздуха 15 закреплена на кабине экипажа 2 при помощи винтов 20.

Кроме того, магистраль центральная 14 с помощью фитинга 10 соединена с двумя магистралями боковыми 16, 17, в каждой из которых установлен вспомогательный вентилятор 6.

Причем, переходный патрубок 24 имеет разделение на два канала, которые закреплены к двум отверстиям, выполненным в крепежном фланце 25, который снабжен прокладками 12 со стороны внешнего контейнера 8.

Кроме того, из кабины экипажа 2 в трубопровод 11 подают воздух, предварительно кондиционированный посредством системы кондиционирования воздуха 3.

Таким образом достигается технический результат.

В связи с тем, что требуемые параметры атмосферы для устойчивой работы тепловыделяющего оборудования соответствуют параметрам воздуха в кабине экипажа 2, предварительно кондиционированного посредством штатной системы кондиционирования воздуха 3, необходимые параметры можно обеспечить путем забора воздуха из кабины экипажа 2 ко внешнему контейнеру 8, без дополнительного подсоединения непосредственно к системе кондиционирования летательного аппарата, что существенно облегчает модернизацию парка уже готовых летательных аппаратов.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг. 1 - принципиальная схема системы вентиляции тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата.

Фиг. 2 - монтаж системы вентиляции на летательном аппарате.

Фиг. 3 - общий вид летательного аппарата с установленной системой вентиляции на виде сверху.

Фиг. 4 - общий вид трубопроводов системы вентиляции в аксонометрической проекции, внешние контейнеры с оборудованием условно не показаны.

Фиг. 5 - участок нагнетания.

Фиг. 6 - участок подсоединения воздушной магистрали к внешнему контейнеру с оборудованием.

Осуществление изобретения

На летательном аппарате 1 установлено тепловыделяющее оборудование 7, размещенное в одном или нескольких внешних контейнерах 8 (фиг.1).

Условия работы тепловыделяющего оборудования 7, согласно требованиям производителя, предполагают соблюдение параметров атмосферы во внешнем контейнере 8, которые соответствуют параметрам воздуха в кабине экипажа 2, предварительно кондиционированного посредством штатной системы кондиционирования воздуха 3.

Каждый контейнер 8 может включать в себя один или несколько блоков тепловыделяющего оборудования 7, требующего индивидуальной вентиляции, для чего в кабине вертолета установлена система вентиляции 13 (фиг.1, 2).

Система вентиляции 13 состоит из трубопровода 11, содержащего магистраль забора воздуха 15, которая соединена с кабиной экипажа 2, магистраль центральную 14 и по меньшей мере одну боковую магистраль 16, которая подсоединена к отверстию внешнего контейнера 8 (фиг.2).

Трубопровод 11, магистрали центральная 14 и боковая 16 состоят из секций, изготовленных из алюминиевых сплавов. При этом секции выполнены изогнутыми, что позволяет легко изменить конфигурацию и встроить трубопровод 11 в ограниченное пространство фюзеляжа заданного размера.

Секции герметично соединены между собой с помощью гибких манжет 18, диаметр которых соответствует их диаметру. Гибкие манжеты 18 выполнены из упругого материала, это позволяет компенсировать осевые погрешности монтажа секций трубопровода в летательном аппарате 1, обеспечивает герметичное соединение участков магистралей центральной 14 и боковой 16 и других секций между собой (фиг.4).

Магистрали центральная 14 и боковая 16 снабжены теплоизоляцией для сохранения требуемого температурного режима подаваемого воздуха и закреплены на корпусе летательного аппарата 1 при помощи кронштейнов 19.

Магистраль центральная 14 соединена с магистралью забора воздуха 15 и закреплена на кабине экипажа 2 при помощи винтов 20 (фиг.5). Нагнетающий вентилятор 4 в магистрали забора воздуха 15 с подключенным обратным клапаном 5 установлен на крепежном фланце 21, который в свою очередь закреплен на летательном аппарате 1 при помощи заклепок 22 (фиг.5).

Применение нагнетающего вентилятора 4 в магистрали забора воздуха 15 позволяет забирать часть кондиционированного воздуха из кабины экипажа 2, тем самым во внешних контейнерах 8 поддерживается необходимые параметры микроклимата в частности, температура и влажность, не зависимо от условий атмосферы вне летательного аппарата.

Через систему трубопроводов воздух попадает из кабины экипажа 2 непосредственно к вентилируемому оборудованию, а в дальнейшем дренажируется в атмосферу через дренажные отверстия 9, предусмотренные в конструкции внешнего контейнера 8 (фиг.3). В магистрали боковой 16 непосредственно перед вентилируемым оборудованием, установлен вспомогательный вентилятор 6, обеспечивающий необходимый расход воздуха (фиг.6).

Для подсоединения боковой магистрали 16 к внешним контейнерам 8 предусмотрен переходный патрубок 24, закрепленный на вспомогательном вентиляторе 6. Переходный патрубок 24 установлен на фланце 25, в котором выполнены отверстия под каналы, которые снабжены прокладками 12 со стороны внешнего контейнера 8. Таким образом, крепежный фланец 25 с прокладками 12 непосредственно контактирует с внешним контейнером 8 и дополнительно герметизируют магистраль боковую 16.

Прокладки 12 служат для герметизации магистрали боковой 16 на входе во внешний контейнер 8 и крепятся к крепежным фланцам 25 при помощи клеевого соединения. Крепежные фланцы 25 крепятся в свою очередь непосредственно к корпусу летательного аппарата 1 при помощи винтов 23.

Нагнетающий вентилятор 4 и вспомогательный вентилятор 6 представляют собой лопаточные машины прямоточного типа, осуществляющие перемещение воздушных масс от кабины экипажа 2 к внешним контейнерам 8 в магистралях центральной 14 и боковой 16, путем вращения крыльчатки вентиляторов. Вспомогательный вентилятор 6 создает движение воздуха заданной величины, требуемой для устойчивой работы тепловыделяющего оборудования 7 заданного производителем.

Параметры нагнетающего вентилятора 4 и вспомогательного вентилятора 6, такие как расход воздуха и габаритные размеры, подобраны на этапе проектирования системы в соответствии с заданными параметрами функционирования тепловыделяющего оборудования 7, установленного во внешнем контейнере 8.

Внешний контейнер 8 снабжен дренажными отверстиями 9, выполненными для выпуска воздуха, прошедшего через внешний контейнер 8 от кабины экипажа 2, при этом выход воздуха из дренажного отверстия 9 не ухудшает летно-технические характеристики летательного аппарата.

Переходный патрубок 24 имеет по меньшей мере один канал, который закреплен к отверстию, выполненному в крепежном фланце 25, который снабжен прокладкой 12 со стороны внешнего контейнера 8.

Возможен вариант, когда на летательном аппарате 1 установлено два внешних контейнера 8, расположенных на правом и левом бортах. В этом случае к магистрали центральной 14 пристыковывают при помощи фитинга 10 две магистрали боковые 16 и 17, которые в свою очередь направляют воздушный поток к двум внешним контейнерам 8 (фиг.3, 4).

Возможен вариант установки на летательный аппарат трех и более внешних контейнеров 8. В связи с этим фитинг 10 может быть выполнен в виде угольника или тройника, или крестовины.

Система вентиляции 13 работает следующим образом.

Ответственный член экипажа включает тумблер питания на приборной панели (не показана). Это позволяет включить нагнетающий вентилятор 4 и вспомогательные вентиляторы 6, с помощью которого через магистраль забора воздуха 15 воздушный поток будет направлен непосредственно из кабины экипажа 2 в магистраль центральную 14 и магистраль боковую 16. При помощи вспомогательных вентиляторов 6 создается движение воздушного потока перед входом во внешний контейнер 8. С целью предотвращения обратного перетекания воздуха после нагнетающего вентилятора 4 предусмотрен обратный клапан 5.

Предлагаемая система вентиляции внешнего контейнера 8 летательного аппарата имеет ряд особенностей и преимуществ.

Система вентиляции 13 может быть легко модернизирована на случай применения одного, двух и более внешних контейнеров 8 с использованием дополнительных магистралей боковых 16, присоединенных к магистрали центральной 14 с помощью фитинга 10.

Подача воздуха из кабины экипажа 2 для вентиляции тепловыделяющего оборудования 7 во внешнем контейнере 8 позволяет существенно упростить конструкцию системы вентиляции 13 по сравнению с прототипом, т.к. отпадает необходимость в установке дополнительных сложных контуров системы вентиляции 13, к примеру, таких как компрессоры, турбохолодильники, и т.п.

В одном из примеров реализации на вертолете установлено два внешних контейнера 8, расположенных на правом и левом бортах, при этом условия работы тепловыделяющего оборудования 7 предполагают соблюдение параметров атмосферы во внешнем контейнере 8 по температурному диапазону от плюс 15°С до плюс 25°С и по относительной влажности воздуха не более 70%, вне зависимости от параметров забортного воздуха. Также каждый контейнер 8 включает в себя два блока тепловыделяющего оборудования 7, требующего индивидуальной вентиляции, в связи с этим переходный патрубок 24 имеет разделение на два канала 60 и 30 мм соответственно, которые закреплены к двум отверстиям, выполненным в крепежном фланце 25.

Расход воздуха, Q_н, м³/мин, нагнетающего вентилятора 4 по отношению с характеристикой расхода воздуха вспомогательных вентиляторов 6 должен находиться в соотношении (1):

Q_н - расход нагнетающего вентилятора 4, м³/мин; Q_в - расход вспомогательного вентилятора 6, м³/мин; n - кол-во вспомогательных вентиляторов 6.

На основе данного изобретения разработана и утверждена документация. Проведена отработка конструкции изобретения, в результате которой предлагаемое техническое решение успешно себя зарекомендовало в опытном образце.

Система вентиляции 13 позволяет осуществить выше указанные требования поддержания температурного диапазона и параметров воздуха во внешних контейнерах 8 в любой сезон и на любых высотах полета, регламентированных для данного типа летательного аппарата.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к системе вентиляции тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата, в том числе вертолета. Система вентиляции внешнего тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата, содержит трубопровод (11), подсоединенный к внешнему контейнеру (8). Трубопровод (11) содержит магистраль центральную (14), которая соединена с кабиной экипажа (2) с помощью магистрали забора воздуха (15), в которой установлены нагнетающий вентилятор (4) и обратный клапан (5). Магистраль центральная (14) с помощью фитинга (10) соединена по меньшей мере с одной магистралью боковой (16), соединенной с внешним контейнером (8) с помощью переходного патрубка (24), причем в магистрали боковой (16) установлен вспомогательный вентилятор (6). Трубопровод (11) состоит из секций, соединенных между собой с помощью гибких манжет (18). Переходный патрубок (24) имеет по меньшей мере один канал, который закреплен к отверстию, выполненному в крепежном фланце (25), который снабжен прокладкой (12) со стороны внешнего контейнера (8). Технический результат заключается в поддержании заданных параметров микроклимата тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система вентиляции внешнего тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата, содержащая трубопровод (11), подсоединенный к внешнему контейнеру (8),

отличающаяся тем, что

трубопровод (11) содержит магистраль центральную (14), которая соединена с кабиной экипажа (2) с помощью магистрали забора воздуха (15), в которой установлены нагнетающий вентилятор (4) и обратный клапан (5),

при этом магистраль центральная (14) с помощью фитинга (10) соединена по меньшей мере с одной магистралью боковой (16), соединенной с внешним контейнером (8) с помощью переходного патрубка (24), причем в магистрали боковой (16) установлен вспомогательный вентилятор (6), трубопровод (11) состоит из секций, соединенных между собой с помощью гибких манжет (18),

переходный патрубок (24) имеет по меньшей мере один канал, который закреплен к отверстию, выполненному в крепежном фланце (25), который снабжен прокладкой (12) со стороны внешнего контейнера (8).

2. Система вентиляции внешнего тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что фитинг (10) выполнен в виде угольника, или тройника, или крестовины.

3. Система вентиляции внешнего тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата (8) по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что магистраль забора воздуха (15) закреплена на кабине экипажа (2) при помощи винтов (20).

4. Система вентиляции внешнего тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что магистраль центральная (14) с помощью фитинга (10) соединена с двумя магистралями боковыми (16, 17), в каждой из которых установлен вспомогательный вентилятор (6).

5. Система вентиляции внешнего тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что переходный патрубок (24) имеет разделение на два канала, которые закреплены к двум отверстиям, выполненным в крепежном фланце (25), который снабжен прокладками (12) со стороны внешнего контейнера (8).

6. Система вентиляции внешнего тепловыделяющего оборудования, размещенного во внешнем контейнере летательного аппарата по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что из кабины экипажа (2) в трубопровод (11) подают воздух, предварительно кондиционированный посредством системы кондиционирования воздуха (3).