СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Советский патент 1996 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к средствам обработки воздуха, отбираемого от компрессора двигателей для вентиляции кабин летательных аппаратов (ЛА).

Известна система кондиционирования воздуха (СКВ), выполненная на турбохолодильнике с дополнительным поджатием для расширения рабочего диапазона входных давлений охлаждаемого воздуха. Турбохолодильник снабжен сопловым аппаратом с изменяемой площадью проходного сечения и механическим приводом соплового аппарата, а система необходимыми коммутационными средствами. В зависимости от режимов эксплуатации ЛА, а следовательно, и от входных в СКВ давлений охлаждаемого воздуха сопловой аппарат турбины турбохолодильника дискретно устанавливается в одно из двух фиксируемых положений [1]
Наиболее близкой по технической сущности является СКВ, содержащая входную, выходную и обводную магистрали, регулятор расхода с двумя приводными заслонками, установленными во входной и обводной магистралях, два охлаждаемых атмосферным воздухом теплообменника и установленный между ними компрессор, механически связанный общим валом с турбиной турбохолодильника [2]
Основной недостаток этой системы заключается в том, что воздух, поступающий по обводной магистрали, минует теплообменник, установленный за компрессором. При снижении и на ряде крейсерских режимов ЛА давление охлаждаемого воздуха, подаваемого в систему кондиционирования, падает. Поскольку давление подаваемого в систему охлаждаемого воздуха невелико, эффективность охлаждения его за счет расширения в турбохолодильнике ниже эффективности охлаждения в теплообменнике.

Целью изобретения является повышение эффективности работы СКВ при понижении входного давления охлаждаемого воздуха путем полного использования эффективности охлаждения теплообменника, установленного за компрессором.

Указанная цель достигается тем, что система кондиционирования воздуха летательного аппарата, содержащая входную, выходную и обводную магистрали, регулятор расхода с двумя приводными заслонками, установленными во входной и обводной магистралях, два охлаждаемых атмосферным воздухом теплообменника и установленный между ними компрессор, механически связанный общим валом с турбиной турбохолодильника, снабжена дополнительной, связывающей вход и выход компрессора магистралью с установленным в ней обратным клапаном, при этом обводная магистраль с приводной заслонкой регулятора расхода своим входом сообщена с выходом теплообменника, установленного за компрессором, а выходом
с выходной магистралью.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемой системы кондиционирования воздуха летательного аппарата.

Система содержит входную 1, дополнительную 2, обводную 3 и выходную 4 магистрали, регулятор расхода 5 с датчиком 6 и приводными заслонками 7 и 8, теплообменники 9, 10, 11 и 12, трехколесный турбохолодильник со связанными общим валом 13 компрессором 14, турбиной 15, вентилятором 16, обратный клапан 17 и влагоотделитель 18.

Система работает следующим образом. Сжатый охлаждаемый воздух поступает во входную магистраль 1, по которой через приводную заслонку 7 подается в теплообменник 9. Охлажденный в теплообменнике 9 воздух дополнительно поджимается в компрессоре 14 турбохолодильника и далее последовательно охлаждается в теплообменниках 10, 11, 12 и после расширения в турбине 15. Охлаждаемый воздух из турбины 15 подается через охлаждающую полость теплообменника 12 в выходную магистраль 4.

Теплообменники 9 и 10 охлаждаются атмосферным воздухом, подача которого обеспечивается либо скоростным напором, либо вентилятором 16 турбохолодильника. Петлевые теплообменники 11 и 12 охлаждаются самим охлаждаемым воздухом, поступающим в турбину 15 (теплообменник 11) и выходящим из турбины 15 (теплообменник 12). В петлевых теплообменниках 11 и 12 часть холодопроизводительности турбохолодильника используется для конденсации влаги из охлаждаемого воздуха (на тех режимах, где она присутствует). Сконденсированная из охлаждаемого воздуха влага отделяется во влагоотделителе 18 и впрыскивается в охлаждающий атмосферный воздух, что позволяет частично утилизировать холодопроизводительность турбины, затраченную на конденсацию влаги. Механическая мощность на валу турбохолодильника, полученная в результате расширения охлаждаемого воздуха в туpбине 15, распределяется между компрессором 14 и вентилятором 16. Таким образом осуществляется эффективная работа СКВ на стояночных режимах и тех режимах эксплуатации ЛА, когда необходимая для этого величина давления охлаждаемого воздуха, поступающего в СКВ, обеспечивается компрессором двигателя ЛА.

На крейсерских режимах и других этапах эксплуатации ЛА, когда входное давление охлаждаемого воздуха, определяемого режимом работы двигателей ЛА, понижается, уменьшается и расход охлаждаемого воздуха через систему. Уменьшение расхода фиксируется датчиком расхода 6 и по его сигналу парируется регулятором расхода 5 с приводной заслонкой 7. Если приводная заслонка 7 полностью открыта, а расход уменьшается, по команде регулятора расхода 5 открывается приводная заслонка 8 и охлажденный в теплообменнике 10 воздух, минуя весь остальной тракт, по обводной магистрали 3 поступает непосредственно в выходную магистраль 4. При этом уменьшается гидравлическое сопротивление прохождению охлаждаемого воздуха по тракту СКВ и расход охлаждаемого воздуха восстанавливается. Если значительная часть охлаждаемого воздуха поступает по обводной магистрали 3, мощность турбины 15 становится недостаточной для проталкивания всего количества охлаждаемого воздуха через компрессор 14. При этом обороты вала падают, степень сжатия компрессора 14 становится меньше единицы и открывается обратный клапан 17. Охлаждаемый воздух по дополнительной магистрали 2, минуя компрессор 14, из теплообменника 9 поступает непосредственно в теплообменник 10. Таким образом автоматически поддерживается расход воздуха через систему.

Минимальное давление поступающего от компрессора двигателя ЛА охлаждаемого воздуха ограничивает рабочий диапазон входных давлений и определяет допустимое суммарное гидравлическое сопротивление тракта входной 1, дополнительной 2, обводной 3, выходной 4 магистралей с установленными в них элементами приводными заслонками 7, 8, обратным клапаном 17 и теплообменников 9, 10. Это гидравлическое сопротивление прохождению охлаждаемого воздуха обеспечивается конструктивными характеристиками указанного тракта.

Таким образом, в предлагаемой СКВ во всем диапазоне входных давлений охлаждаемого воздуха обеспечивается непрерывное регулирование всех параметров (в том числе расхода), полное использование эффективности охлаждения теплообменника, установленного за компрессором, повышение эффективности работы СКВ при понижении входного давления.

В качестве комплексного критерия экономического эффекта принято изменение полезной нагрузки ЛА, вызванное установкой СКВ. Реализация технических решений, заложенных в системе, приводит к увеличению ожидаемой полезной нагрузки минимум на 140 кг.

Кроме того, высокую эффективность работы системы может характеризовать удельная холодопроизводительность системы на стояночном режиме, которая составляет 38 кВт на 1 кг/с охлаждаемого воздуха (у базовой системы 18 кВт на 2 кг/с). Высокая эффективность работы системы на стоянке позволит сократить время подготовки самолета к полету и соответственно сократить связанные с этим эксплуатационные расходы.

Система кондиционирования воздуха летательного аппарата, содержащая входную, выходную и обводную магистрали, регулятор расхода c двумя приводными заслонками, установленными во входной и обводной магистралях, два охлаждаемых атмосферным воздухом теплообменника и установленный между ними компрессор, механически связанный общим валом с турбиной турбохолодильника, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы при понижении входного давления охлаждаемого воздуха путем полного использования эффективности охлаждения теплообменника, установленного за компрессором, она снабжена дополнительной связывающей вход и выход компрессора магистралью с установленным в ней обратным клапаном, при этом обводная магистраль с приводной заслонкой регулятора расхода своим входом сообщена с выходом теплообменника, установленного за компрессором, а выходом - с выходной магистралью.

Система кондиционирования воздуха летательного аппарата, содержащая входную, выходную и обводную магистрали, регулятор расхода c двумя приводными заслонками, установленными во входной и обводной магистралях, два охлаждаемых атмосферным воздухом теплообменника и установленный между ними компрессор, механически связанный общим валом с турбиной турбохолодильника, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы при понижении входного давления охлаждаемого воздуха путем полного использования эффективности охлаждения теплообменника, установленного за компрессором, она снабжена дополнительной связывающей вход и выход компрессора магистралью с установленным в ней обратным клапаном, при этом обводная магистраль с приводной заслонкой регулятора расхода своим входом сообщена с выходом теплообменника, установленного за компрессором, а выходом с выходной магистралью.