專利名稱：一種飛機雙層空氣-液體蒙皮熱交換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是對飛機空氣-液體熱交換方式的改進。
背景技術(shù)：
目前國、內(nèi)外環(huán)境控制系統(tǒng)中與本專利接近的技術(shù)有以下兩種1)空氣-液體熱交換器(簡稱空-液熱交換器)——采用沖壓進氣道、利用沖壓空氣對來自電子設(shè)備的熱流體進行冷卻降溫，目前國、內(nèi)外多數(shù)飛機采用這種形式。優(yōu)點空-液熱交換器和沖壓進氣道設(shè)計簡單，在飛機上易于協(xié)調(diào)安裝。缺點空-液熱交換器體積較大、高度較高(通常大于100mm)，沖壓進氣道和沖壓空氣對飛機產(chǎn)生較大的氣動阻力，沖壓進氣道內(nèi)的空氣對飛機有較大的燃油代償損失。2)空氣_空氣蒙皮熱交換器(簡稱空氣蒙皮熱交換器)——熱空氣在飛機外蒙皮和機身結(jié)構(gòu)之間的夾層中流動時，利用飛機與環(huán)境空氣的相對速度對熱空氣進行冷卻降溫，目前已有飛機采用這種方式，如A320、B767、C-17 ；與該發(fā)明接近的專利有空中客車公司200780009653.4 “排出裝置、飛行器以及用于使存在于飛行器的外蒙皮的內(nèi)襯板之間的流體流出的方法”。優(yōu)點空氣蒙皮熱交換器位于飛機蒙皮內(nèi)表面，對飛機的氣動阻力小、燃油代償損失相對較?。涣硗?，由于空氣蒙皮熱交換器安裝于飛機內(nèi)部，熱交換器中流動的是空氣，因此，空氣蒙皮熱交換器對自身的氣密性要求不高。缺點空氣-空氣蒙皮熱交換器的換熱能力、制冷效果遠(yuǎn)不如空氣-液體蒙皮熱交換器(簡稱液體蒙皮熱交換器)，液體蒙皮熱交換器中流動的是液體，如65號冷卻液等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過本發(fā)明技術(shù)方案，減少飛機氣動阻力和燃油代償損失，延長飛機續(xù)航時間，同時可滿足飛機隱身性能要求。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種飛機雙層空氣-液體蒙皮熱交換方法，其特征在于，在機身蒙皮外表面安裝雙層空氣-液體蒙皮熱交換器，該空氣-液體蒙皮熱交換器包括外表面，內(nèi)表面，進液口，出液口，密封端頭，機身連接部分，在內(nèi)表面與蒙皮外表面之間留有間隙，外表面與內(nèi)表面之間安裝雙層散熱翅片，該雙層散熱翅片包括內(nèi)層散熱翅片、外層散熱翅片和內(nèi)外層散熱翅片的隔板。所述空氣-液體蒙皮熱交換器貼附于機身蒙皮外表面，采用螺接或氣密螺接方式連接。所述間隙的高度為5-10mm。所述空氣_液體蒙皮熱交換器所用材料為鋁合金。本發(fā)明的有益效果是該方法與空氣-空氣蒙皮熱交換器相比，其換熱系數(shù)更高， 換熱量更大，制冷效果更好；空氣_液體蒙皮熱交換器與空_液熱交換器相比，空氣_液體蒙皮熱交換器利用與飛機蒙皮融為一體的附面層散熱技術(shù)，取消了傳統(tǒng)的沖壓進氣道空氣冷卻方式，大大減小了系統(tǒng)對飛機的燃油代償損失，提高了飛機航時；同時可滿足飛機隱身性能要求。以某型機為例，電子設(shè)備熱載荷為13kW，飛行時間為4h，飛機在巡航高度飛行，如果用空氣_液體蒙皮熱交換器代替具有沖壓進氣道的空_液熱交換器，當(dāng)沖壓空氣量為 2160kg/h時，可減少飛機燃油代償損失307kg，續(xù)航時間延長IOmin (延長的續(xù)航時間包括取消沖壓進氣道鼓使飛機氣動阻力減少所增加的飛行時間)。上述空_液熱交換器外形尺寸為長X寬X高=170mmX550mmX 120mm，翅片共21層，其中熱邊層數(shù)為10層，冷邊層數(shù)為11層。


圖1 雙層空氣_液體蒙皮熱交換器安裝示意2 雙層空氣_液體蒙皮熱交換器結(jié)構(gòu)示意圖1-外表面2-內(nèi)表面3-進液導(dǎo)管4-出液導(dǎo)管5-徑向密封端頭6-軸向密封端頭7-內(nèi)層散熱翅片8-外層散熱翅片9-內(nèi)、外層熱交換器翅片隔板10-機身連接法蘭11-在熱交換器內(nèi)表面與蒙皮外表面之間的窄通道12-飛機外蒙皮13-進液分配總管14-進液分配支管15-出液支管16-出液收集管17-雙層空氣_液體蒙皮熱交換器
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。本發(fā)明采用與飛機蒙皮融為一體的附面層散熱技術(shù)，設(shè)計一種安裝于飛機蒙皮外表面的雙層空氣_液體蒙皮熱交換器，蒙皮熱交換器內(nèi)部為熱流體(65號冷卻液)，熱交換器外表面利用飛機與環(huán)境空氣的相對速度對外層熱流體進行冷卻降溫；另外，熱交換器內(nèi)表面與飛機蒙皮外表面形成5 IOmm的間隙，再次利用飛機與環(huán)境空氣的相對速度對內(nèi)層熱流體進行冷卻降溫。工作流程從電子設(shè)備出來的熱流體(65號冷卻液)經(jīng)“進液口 [3]”進入“進液分配總管[13]”，再由“進液分配支管[14]”進入相互獨立的“雙層空氣-液體蒙皮熱交換器[17]”，空氣-液體蒙皮熱交換器外層翅片中的熱流體與外界流動的環(huán)境空氣進行熱交換并冷卻降溫，空氣-液體蒙皮熱交換器內(nèi)層翅片中的熱流體與窄通道中流動的環(huán)境空氣進行熱交換并冷卻降溫，然后內(nèi)、外層中的流體匯合再經(jīng)“出液支管[15] ”進入“出液收集管[16]”，最后經(jīng)“出液口 [4]”流出并進入電子設(shè)備，對電子設(shè)備進行再次冷卻，以保證電子設(shè)備工作在合適的溫度范圍內(nèi)。以某型機為例，電子設(shè)備熱載荷為13kW，飛行時間為4h，飛機在巡航高度飛行，如果用空氣_液體蒙皮熱交換器代替具有沖壓進氣道的空_液熱交換器，當(dāng)沖壓空氣量為 2160kg/h時，可減少飛機燃油代償損失307kg，續(xù)航時間延長IOmin (延長的續(xù)航時間包括取消沖壓進氣道鼓使飛機氣動阻力減少所增加的飛行時間)。上述空_液熱交換器外形尺寸為長X寬X高=170mmX550mmX 120mm，其中熱邊層數(shù)為10層，冷邊層數(shù)為11層。如果采用本方案技術(shù)發(fā)明“雙層空氣-液體蒙皮熱交換器”，在相同的輸入條件下，系統(tǒng)所需蒙皮換熱面積約為2m2，假設(shè)飛機直徑為2m，此時所需蒙皮面積相當(dāng)于1個 318mm的環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種飛機雙層空氣-液體蒙皮熱交換方法，其特征在于，在機身蒙皮外表面安裝雙層空氣-液體蒙皮熱交換器，該空氣-液體蒙皮熱交換器包括外表面(1)，內(nèi)表面(2)，進液導(dǎo)管(3)，出液導(dǎo)管(4)，密封端頭(5)、(6)，機身連接部分(10)，在內(nèi)表面(2)與蒙皮外表面之間留有間隙(11)，外表面(1)與內(nèi)表面(2)之間安裝雙層散熱翅片，該雙層散熱翅片包括內(nèi)層散熱翅片(7)、外層散熱翅片(8)和內(nèi)外層散熱翅片的隔板(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機雙層空氣_液體蒙皮熱交換方法，其特征在于，所述空氣_液體蒙皮熱交換器貼附于機身蒙皮外表面，采用螺接或氣密螺接方式連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機雙層空氣-液體蒙皮熱交換方法，其特征在于，所述間隙 (11)的高度為5-10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機雙層空氣_液體蒙皮熱交換方法，其特征在于，所述空氣_液體蒙皮熱交換器所用材料為鋁合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機雙層空氣-液體蒙皮熱交換方法，其特征在于，所述內(nèi)表面(1)和外表面(2)通過特殊工藝加工形成淺表肋紋。
全文摘要
一種飛機雙層空氣-液體蒙皮熱交換方法，屬于環(huán)境控制技術(shù)領(lǐng)域，是減少飛機沖壓空氣量、提高空氣-液體熱交換效率的新技術(shù)，是對單層空氣-液體蒙皮熱交換方式的改進。在機身蒙皮外表面安裝雙層空氣-液體蒙皮熱交換器，該空氣-液體蒙皮熱交換器包括外表面(1)，內(nèi)表面(2)，進液導(dǎo)管(3)，出液導(dǎo)管(4)，密封端頭(5)、(6)，機身連接部分(10)，在內(nèi)表面(2)與蒙皮外表面之間留有間隙(11)，外表面(1)與內(nèi)表面(2)之間安裝雙層散熱翅片，該雙層散熱翅片包括內(nèi)層散熱翅片(7)、外層散熱翅片(8)和內(nèi)外層散熱翅片的隔板(9)。該方法與空氣-空氣蒙皮熱交換器相比，其換熱系數(shù)更高，換熱量更大，制冷效果更好；與空-液熱交換器相比，空氣-液體蒙皮熱交換器利用與飛機蒙皮融為一體的附面層散熱技術(shù)，取消了傳統(tǒng)的沖壓進氣道空氣冷卻方式，大大減小了系統(tǒng)對飛機的燃油代償損失，提高了飛機航時；同時可滿足飛機隱身性能要求。
文檔編號B64C1/06GK102295070SQ20111011399
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者黨曉民, 李榮軍, 齊社紅 申請人:中國航空工業(yè)集團公司西安飛機設(shè)計研究所