專利名稱：空氣阻力驅動式飛機制冷空調的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種飛機上的制冷設備，特別是涉及一種通過空氣阻力驅動壓縮機旋轉的空氣阻力驅動式飛機制冷空調。
背景技術：
目前，公知的飛機空調壓縮機是由發(fā)動機或電動機驅動的，由于它需要消耗較大的電能或發(fā)動機動力，使電動機或發(fā)動機負荷過大(過重)，因此容易造成載機能源緊張問題而影響飛機的正常飛行。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了避免造成載機電源緊張的問題，利用飛機在飛行過程中的空氣阻力做功，迫使風輪帶動壓縮機和風機旋轉來達到飛機上的制冷目的，以節(jié)約載機能源，因此，特提供一種空氣阻力驅動式飛機制冷空調。
本發(fā)明采取的技術方案是一種空氣阻力驅動式飛機制冷空調，包括壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、空氣濾清器、儲液干燥器、節(jié)流閥，還包括由ECU控制的伺服電機，其特征在于還包括兩個風輪、兩個離心風機、兩個滾動軸承、空調蓋、空調罩，在飛機內頂上設有夾層，夾層兩端的夾層縫開向機外，用隔離板將夾層隔離成三個通道，中間為空氣阻力通道，兩側分別為新鮮空氣通道；其中一個風輪穿過滾動軸承與壓縮機共軸連接，另一個風輪穿過滾動軸承、蒸發(fā)器與兩個離心風機共軸連接，并且分別由兩個滾動軸承固定安裝在空氣阻力通道的夾層底板上；壓縮機固定安裝在所述的機罩的底部，蒸發(fā)器置于兩個離心風機之間，蒸發(fā)器的兩端固定在機罩的內側面上，空氣阻力通道通向機尾，夾層前端的夾層縫即為空氣阻力通道的通道口，在其通道口上設有壓縮機擋板，在空氣阻力通道的中部設有風機擋板，夾層末端的夾層縫是空氣阻力通道的末端口，即為機尾通道口，在其通道口上設有機尾擋板，在新鮮空氣通道的通道口上分別設有新鮮空氣擋板，新鮮空氣通道的末端口用隔離板封閉；在空氣阻力通道夾層底板上分別固定兩個用于遮住半個風輪的扁半圓形罩；所述的空氣濾清器是兩個空氣濾清器且分別安裝在新鮮空氣通道的夾層底板上；所述的ECU控制的伺服電機包括五組，分別由控制程序控制五塊擋板的升降。
采用上述技術方案的本發(fā)明具有結構緊湊簡單、造價低、便于安裝布置、易檢修及節(jié)能環(huán)保等特點，可有效的提供地面冷卻能力，從而解決了載機能源緊張問題。


圖1是本發(fā)明整體布置示意圖并作為摘要附圖。
圖2是圖1中夾層底板背面伺服電機安裝位置示意圖。
圖3是圖1中擋板結構示意圖。
圖4是圖1中滑道槽示意圖。
圖5是本發(fā)明制冷原理圖。
圖6是本發(fā)明接線原理圖。
圖7是本發(fā)明控制程序圖。
具體實施例方式
參照附圖，本發(fā)明利用內頂上的空間，在飛機內頂上設有夾層，夾層兩端的夾層縫開向機外，夾層前端的夾層縫位置開在飛機擋風玻璃上端，夾層末端的夾層縫位置開在接近機尾處，夾層縫高度大約20cm，(如果飛機機身較長或較寬，可設兩組或多組制冷機組，然后加大夾層的長度或寬度)。用隔離板9將隔離成三個通道，中間為空氣阻力通道10，兩側分別是新鮮空氣通道11、12，中間的空氣阻力通道10一直通向機尾，兩側的新鮮空氣通道11、12通到夾層的中部由隔離板9封閉，這樣共構成了4個通道口，即空氣阻力通道口(夾層前端的夾層縫)、兩個新鮮空氣通道口和機尾通道口(夾層末端的夾層縫)。飛機制冷空調包括包括壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、空氣濾清器、儲液干燥器、節(jié)流閥，還包括由ECU控制的伺服電機，還包括兩個風輪、兩個離心風機(不帶電動機)、兩個滾動軸承、空調蓋、空調罩。在空氣阻力通道10上，用兩根軸分別將風輪1穿過滾動軸承5與壓縮機13共軸連接，風輪2穿過滾動軸承6、蒸發(fā)器14與兩個離心風機3、4共軸連接(蒸發(fā)器的中心帶有軸孔)，蒸發(fā)器14位于兩個離心風機3、4之間，其兩端固定在空調罩8的內側面上；在通道夾層底板上分別開兩個用于穿過軸的軸孔，夾層底板上是兩個風輪1、2和兩個滾動軸承5、6，夾層底板下是壓縮機13、蒸發(fā)器14和兩個離心風機3、4，其中的壓縮機13固定安裝在空調罩8的底部，兩個滾動軸承5、6分別固定在通道夾層底板上，在通道夾層底板上還分別固定兩個用于遮住半個風輪1、2的扁半圓形罩20，在空氣阻力通道口、兩個新鮮空氣通道口、機尾通道口以及空氣阻力通道的中部(設有風輪2的前方位置上)共設置五塊擋板，分別是壓縮機擋板15、風機擋板16、機尾擋板17、及兩塊新鮮空氣擋板18、19，還要分別在夾層底板上通道夾層底板上開五個用于升降五塊擋板的擋板槽。風機擋板的高度設計為10cm。
參照附圖，ECU控制的伺服電機包括五組28～32，分別由控制程序控制五塊擋板15～19的升降。每塊擋板兩側的隔離板9的側面上分別開用于升降擋板15～19的滑道槽25，其中用于升降風機擋板16的滑道槽大約有2/3開在空調罩8的兩個側面上，扣上空調罩8后，空調罩上的滑道槽與隔離板上的滑道槽相通。其它四塊擋板的滑道槽大約有2/3開在飛機面板的內壁側面上，面板內壁側面上的滑道槽與隔離板上的滑道槽相通，擋板15～19的兩側焊有用于在滑道槽25里滑動且?guī)в旋X邊26的滑桿27；該四塊擋板的滑道槽25、滑桿27及五塊擋板15～19具有一定的傾斜弧度。五組伺服電機28～32分別固定安裝在通道夾層底板的背面，每個伺服電機上的齒輪33分別與每個滑桿27上的齒邊26嚙合。為了避免五塊擋板在升降過程中出現偏差，可在每塊擋板內側的夾層底板上固定支撐塊35，用來支撐五塊擋板。
兩個風輪1、2的葉片采用直葉片或前彎片，離心風機3、4的葉片采用直葉片。兩個風輪采用鋁合金材料，風輪直徑設計為1.2m，風輪1的葉片高度為15cm，風輪2的高度為10cm。離心風機直葉片其特點是風壓較高、噪音較低、風量較小，能把冷氣吹的吹的較遠，能夠加強機內冷氣循環(huán)，可使乘客感到更舒適。
新鮮空氣通道11、12的夾層底板背面固定連接兩個通向空調罩8的直彎管34。在兩個新鮮空氣通道末端夾層底板上分別開兩個進氣孔，新鮮空氣分別通過進氣孔進入直彎管34通向機艙。
冷凝器22安裝在位于風輪2頂部的空調蓋7的內蓋上。儲液干燥器23固定在空氣阻力通道10的隔離板9的內側面上。節(jié)流閥24固定在蒸發(fā)器14的一端固定帶上。如此布置可不占用飛機空間，使結構更加緊湊。冷凝器22上接出兩根導管，其中一根導管連接儲液過濾器的一個接口，然后從另一個接口引出與另一根導管分別通向空氣阻力通道10夾層底板上的兩個導管孔。這樣機外新風與機內回風一起在蒸發(fā)器和離心風機的作用下融合后吹向機艙。
壓縮機13可選用重量輕的(如SETB10、2.8kg)或選用日本電裝公司生產的DENSO10P17斜盤式壓縮機(該壓縮機的主要零件由鋁合金制造，其重量輕、體積小、安裝方便，可靠性高，在2000r/min時制冷量大于5.88kw。為了減小風輪與夾層底板的摩擦，在風輪1、2的底部分別設置滾動軸承，要使風輪轉動，風輪不能全部受力，只能是半個風輪受力，因此設計可遮住半個風輪的扁半圓形罩(采用鋁合金罩)。當飛機飛行時，空氣阻力做功迫使外露風輪向后轉動，遮蓋的半個風輪由于不受空氣的阻力便隨著外露風輪轉動，壓縮機的轉子、離心風機隨著風輪的轉動而轉動。由于兩個風輪設在夾層中，而且夾層與機內呈密封性隔離，壓縮機不受電動機帶動，因此大大降低了機內的噪音。
在夾層中空調蓋上的冷凝器與空調罩內的蒸發(fā)器之間設置一臺儲液干燥器和一個節(jié)流閥(一般選用H型膨脹閥或電子膨脹閥)，機外新風吹向冷凝器且冷凝器的下部有風輪在工作，極大的增強了冷凝器的換熱能力。
當需要制冷時，蒸發(fā)器中的低溫低壓制冷劑蒸汽被壓縮機吸入，壓縮后進入冷凝器冷卻并凝結。凝結的制冷劑(R134a)液體經節(jié)流閥節(jié)流降壓后，進入蒸發(fā)器氣化，吸收被冷卻空氣的熱量，從而達到降溫的目的。制冷劑(R134a)的特點是化學性質穩(wěn)定，無色、無臭、不燃燒、不爆炸；對人體無毒性，不破壞大氣臭氧層，在大氣層中停留壽命短，溫室效應小。
程序包括以下步驟首先判斷機外空氣質量是否超標(濕度超標)，如果超標分別啟動新鮮空氣擋板、壓縮機擋板和機尾擋板的伺服電機，關閉新鮮空氣通道口、空氣阻力通道口和機尾通道口后切斷機尾擋板、壓縮機擋板、新鮮空氣擋板的伺服電機電源；如果機外空氣質量正常(1)、啟動新鮮空氣擋板的伺服電機，打開新鮮空氣通道口后切斷電源，然后判斷機內溫度是否達到設定溫度；如果達到設定溫度則啟動壓縮機擋板的伺服電機，關閉空氣阻力通道口后，切斷電源；(2)、當機內溫度高于設定溫度時，首先啟動機尾擋板的伺服電機，下調機尾擋板至末端后切斷電源，再啟動風機擋板的伺服電機，下調風機擋板至末端，再啟動壓縮機擋板的伺服電機，下調壓縮機擋板下調至末端；(3)、然后再判斷風輪轉數是否在壓縮機安全工作轉數范圍內，如果是則切斷壓縮機擋板伺服電機電源；(4)、如果風輪轉數小于壓縮機安全工作轉數范圍，則啟動壓縮機擋板的伺服電機，上調壓縮機擋板至末端后切斷電源；(5)、如果風輪轉數大于壓縮機安全工作轉數范圍，則啟動壓縮機擋板的伺服電機，上調壓縮機擋板，當風輪轉數在壓縮機安全工作范圍內后切斷壓縮機擋板的伺服電機電源；(6)、接下來判斷風輪轉數是否在風機額定工作轉數范圍內，如果是，則切斷風機擋板的伺服電機電源；(7)、當風輪轉數小于風機額定工作轉數范圍，則切斷風機擋板的伺服電機電源；(8)、如果風輪轉數大于風機額定工作轉數范圍，則啟動風機擋板的伺服電機，上調風機擋板，當風輪轉數在風機額定工作轉數范圍內后切斷風機擋板的伺服電機電源；(9)、停止使用空調，依次啟動壓縮機擋板、機尾擋板、新鮮空氣擋板、風機擋板的伺服電機，關閉空氣阻力通道口、機尾通道口、新鮮空氣通道口和上調風機擋板至末端后切斷壓縮機擋板、機尾擋板、新鮮空氣擋板、風機擋板伺服電機電源。
飛機空調電路包括傳感器、空調ECU和執(zhí)行器三部分。傳感器包括1.光照傳感器，它是一個光敏二極管，安裝在飛機前擋風玻璃的內側底部，利用光電效應，該傳感器將陽光程度轉變成電信號，并輸送給空調ECU。
2.空氣質量傳感器也稱多功能傳感器，安裝在飛機前擋風玻璃的外側底部。它主要是測量空氣濕度、環(huán)境、溫度及外界空氣污染程度，空調ECU采用上述測量結果，從而控制壓縮機的工作和新鮮空氣擋板的打開或閉合3.壓縮機鎖止傳感器，這是一種磁電式傳感器，安裝在空調裝置的壓縮機內，檢測壓縮機轉速。壓縮機每轉一圈，該傳感線圈產生4個脈沖信號輸送給空調ECU。
4.風機轉速傳感器，它安裝在制冷風機的軸上，用來檢測風機轉速，并輸送給空調ECU，用來控制風機轉速。
5.溫度傳感器安裝在駕駛艙儀表板的下端，它是一個具有溫度系數的熱敏電阻，當機內溫度發(fā)生變化時，熱敏電阻的阻值改變，從而向空調ECU輸送機內溫度信號。
6.蒸發(fā)器傳感器安裝在蒸發(fā)器殼體上，用以檢測制冷裝置內部的溫度變化。當蒸發(fā)器周圍溫度發(fā)生變化時，傳感器電阻的阻值也隨之改變，并向空調ECU輸出電信號。
空調ECU與操作面板制成一體，它對輸入的電信號進行計算、分析、比較后發(fā)出指令，接通所需的電路并指令伺服電機轉動(正轉和反轉)。按照功能選擇鍵的輸入指令，輸入的預設溫度，從而控制新鮮空氣擋板、壓縮機擋板，風機擋板、機尾擋板的打開或閉合。
在執(zhí)行器控制中，自動控制服從手動控制，手動控制優(yōu)先。壓縮機控制在自動模式下，控制器依據各種參數，控制壓縮機的開啟或關閉。在壓縮機保護參數低于安全值時，壓縮機不能開啟。飛機在飛行過程中，因變速飛行若使空調系統(tǒng)停止工作，則應再次啟動“AUTO”鍵或壓縮機控制鍵。
風量控制包括手動和自動兩種模式，在手動模式風量控制在用戶操作的擋位，在自動模式下空調控制器根據各種溫度之間的關系計算出所需送風量，從而對送風量進行連續(xù)的調節(jié)。風機工作點分為8擋，在非關機狀態(tài)下，無論是手動或自動模式，風量最小為1擋。
五塊擋板的升降的工作原理給電動機通電，電動機轉子帶動齒輪轉動，當順轉時，帶有齒邊的滑桿在滑道槽中攜帶擋板上升，當逆轉時，帶有齒邊的滑桿在滑道槽中攜帶擋板下降。
本發(fā)明依據物體在空中運動的空氣阻力理論進行設計的，其阻力的大小可表示為fd＝1/2CρAV2其中是空氣的密度，A是物體的有效截面積，C為阻力系數，V為速率。
實驗數據如下表所示

由于在飛機形狀、外形大小、飛行高度等存在差異，上述實驗數據僅供參考，在實際應用中，此數據有待進一步通過風洞實驗來確定。
權利要求
1.一種空氣阻力驅動式飛機制冷空調，包括壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、空氣濾清器、儲液干燥器、節(jié)流閥，還包括由ECU控制的伺服電機，其特征在于還包括兩個風輪(1、2)、兩個離心風機(3、4)、兩個滾動軸承(5、6)、空調蓋(7)、空調罩(8)，在飛機內頂上設有夾層，夾層兩端的夾層縫開向機外，用隔離板(9)將夾層隔離成三個通道，中間為空氣阻力通道(10)，兩側分別為新鮮空氣通道(11、12)；風輪(1)穿過滾動軸承(5)與壓縮機(13)共軸連接，風輪(2)穿過滾動軸承(6)、蒸發(fā)器(14)與兩個離心風機(3、4)共軸連接，并且分別由滾動軸承(5、6)固定安裝在空氣阻力通道(10)的夾層底板上；壓縮機(13)固定安裝在所述的機罩(8)的底部，蒸發(fā)器(14)置于兩個離心風機(3)(4)之間，蒸發(fā)器(14)的兩端固定在機罩(8)的內側面上，空氣阻力通道(10)通向機尾，夾層前端的夾層縫即為空氣阻力通道(10)的通道口，在其通道口上設有壓縮機擋板(15)，在空氣阻力通道(10)的中部設有風機擋板(16)，夾層末端的夾層縫是空氣阻力通道(10)的末端口，即為機尾通道口，在其通道口上設有機尾擋板(17)，在新鮮空氣通道(11、12)的通道口上分別設有新鮮空氣擋板(18、19)，新鮮空氣通道(11、12)的末端口用隔離板(9)封閉；在空氣阻力通道(10)夾層底板上分別固定兩個用于遮住半個風輪的扁半圓形罩(20)；所述的空氣濾清器是兩個空氣濾清器(21)且分別安裝在新鮮空氣通道(11、12)的夾層底板上；所述的ECU控制的伺服電機包括五組(28～32)，分別由控制程序控制五塊擋板(15～19)的升降。
2.如權利要求1所述的空氣阻力驅動式飛機制冷空調，其特征在于在所述的每塊擋板兩側的隔離板(9)的側面上分別開用于升降擋板(15～19)的滑道槽(25)，擋板(15～19)的兩側焊有用于在滑道槽(25)里滑動且?guī)в旋X邊(26)的滑桿27；所述的五組伺服電機(28～32)分別固定安裝在通道夾層底板的背面，每個伺服電機上的齒輪(33)分別與每個滑桿(27)上的齒邊(26)嚙合。
3.如權利要求1所述的空氣阻力驅動式飛機制冷空調，其特征在于所述的兩個風輪(1、2)的葉片采用直葉片或前彎片，離心風機(3、4)的葉片采用直葉片。
4.如權利要求1所述的空氣阻力驅動式飛機制冷空調，其特征在于在所述的新鮮空氣通道(11、12)的夾層底板背面固定連接兩個通向空調罩(8)的直彎管(34)。
5.如權利要求1所述的空氣阻力驅動式飛機制冷空調，其特征在于所述的冷凝器(22)安裝在位于風輪(2)頂部的空調蓋(7)的內蓋上。
6.如權利要求1所述的空氣阻力驅動式飛機制冷空調，其特征在于所述的儲液干燥器(23)固定在空氣阻力通道(10)的隔離板(9)的內側面上。
7.如權利要求1所述的空氣阻力驅動式飛機制冷空調，其特征在于所述的節(jié)流閥(24)固定在蒸發(fā)器(14)的一端固定帶上。
8.如權利要求1所述的空氣阻力驅動式飛機制冷空調，其特征在于所述的控制程序包括以下步驟首先判斷機外空氣質量是否超標，如果超標依次啟動新鮮空氣擋板、壓縮機擋板和機尾擋板的伺服電機，關閉新鮮空氣通道口、空氣阻力通道口和機尾通道口后切斷新鮮空氣擋板、壓縮機擋板、機尾擋板的伺服電機電源；如果機外空氣質量正常(1)、啟動新鮮空氣擋板的伺服電機，打開新鮮空氣通道口后切斷電源，然后判斷機內溫度是否達到設定溫度；如果達到設定溫度則啟動壓縮機擋板的伺服電機，關閉空氣阻力通道口后，切斷電源；(2)、當機內溫度高于設定溫度時，首先啟動機尾擋板的伺服電機，下調機尾擋板至末端后切斷電源，再啟動風機擋板的伺服電機，下調風機擋板至末端，再啟動壓縮機擋板的伺服電機，下調壓縮機擋板下調至末端；(3)、然后再判斷風輪轉數是否在壓縮機安全工作轉數范圍內，如果是則切斷壓縮機擋板伺服電機電源；(4)、如果風輪轉數小于壓縮機安全工作轉數范圍，則啟動壓縮機擋板的伺服電機，上調壓縮機擋板至末端后切斷電源；(5)、如果風輪轉數大于壓縮機安全工作轉數范圍，則啟動壓縮機擋板的伺服電機，上調壓縮機擋板，當風輪轉數在壓縮機安全工作轉數范圍內后切斷壓縮機擋板的伺服電機電源；(6)、接下來判斷風輪轉數是否在風機額定工作轉數范圍內，如果是，則切斷風機擋板的伺服電機電源；(7)、當風輪轉數小于風機額定工作轉數范圍，則切斷風機擋板的伺服電機電源；(8)、如果風輪轉數大于風機額定工作轉數范圍，則啟動風機擋板的伺服電機，上調風機擋板，當風輪轉數在風機額定工作轉數范圍內后切斷風機擋板的伺服電機電源；(9)、停止使用空調，依次啟動壓縮機擋板、機尾擋板、新鮮空氣擋板、風機擋板的伺服電機，關閉空氣阻力通道口、機尾通道口、新鮮空氣通道口和上調風機擋板至末端后切斷壓縮機擋板、機尾擋板、新鮮空氣擋板、風機擋板伺服電機電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種飛機上的制冷設備，特別是涉及一種通過空氣阻力驅動壓縮機旋轉的空氣阻力驅動式飛機制冷空調。包括壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、空氣濾清器、儲液干燥器、節(jié)流閥，還包括由ECU控制的伺服電機，其特征在于還包括兩個風輪、兩個離心風機、兩個滾動軸承、空調蓋、空調罩。其中一個風輪穿過滾動軸承與壓縮機共軸連接，另一個風輪穿過滾動軸承、蒸發(fā)器與兩個離心風機共軸連接，在飛機機頂的夾層里形成三個通道，在通道上共設有五塊擋板，分別由控制程序控制五塊擋板的升降。本發(fā)明具有結構緊湊簡單、造價低、便于安裝布置、易檢修及節(jié)能環(huán)保等特點，可有效的提供地面冷卻能力，從而解決了載機能源緊張問題。
文檔編號B64D13/08GK101092169SQ20071005752
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月4日 優(yōu)先權日2007年6月4日
發(fā)明者趙建科 申請人:趙建科