專(zhuān)利名稱(chēng)：用于飛行器的使用混合操作的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于飛行器的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、用于飛行器的空氣調(diào)節(jié)方法以及用于使飛行器的至少一個(gè)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的能量供給系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了給飛行器的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、除冰系統(tǒng)或其他裝備供給能量和新鮮空氣，通常 使用從發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)級(jí)汲取的呈引氣形式的壓縮空氣或者通過(guò)由輔助氣輪機(jī)(“APU”)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)所產(chǎn)生的壓縮空氣。該壓縮空氣被給送到空氣調(diào)節(jié)單元(所謂的“組”)以及除冰系統(tǒng)或其他裝備的空氣出口。通常，在飛行器運(yùn)行期間，這是唯一的能量源，其通過(guò)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅用于通風(fēng)，而且還用于冷卻所供給的空氣，并且還用于給飛行器機(jī)艙增壓。發(fā)動(dòng)機(jī)上的合適的引氣連接部的設(shè)計(jì)由所連接的系統(tǒng)的最大壓力需求來(lái)確定，該壓力需求需要在所有可想到的工作狀態(tài)下被滿足。然而，這意味著在飛行器的許多運(yùn)行狀態(tài)下，必然在引氣連接部處提供明顯過(guò)量的壓力和明顯過(guò)量的容積流量，使得需要執(zhí)行節(jié)制。因此必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的較高壓縮機(jī)級(jí)處設(shè)置能夠提供足夠壓力水平的引氣連接部，這又與較高的溫度水平相關(guān)聯(lián)。在設(shè)置在引氣連接部的下游的引氣輸送元件(如閥、密封件和管)中，由于氣壓水平和溫度水平，所使用的材料要承受相當(dāng)大的負(fù)荷，因此需要恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)以確保安全操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是減少或消除上述缺點(diǎn)。特別地，能夠認(rèn)為本發(fā)明的目的在于提出一種在飛行器的介紹中所提及的類(lèi)型的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)允許來(lái)自飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)的引氣的最佳去除，在該去除期間，在盡可能小的程度超過(guò)用于通過(guò)引氣使空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和其他裝備工作的預(yù)定最大壓力水平，使得引氣輸送元件等承受較小的負(fù)荷。此外，本發(fā)明的另外的目的可以包括提出一種空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中，能夠在提供機(jī)艙空氣的冷卻效果的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備裝置的有效冷卻。此外，本發(fā)明的另外的目的可以包括將由過(guò)量的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的節(jié)流損失和熱損失所導(dǎo)致的燃料消耗的任何增加最小化。本發(fā)明的另外的目的可以包括提出一種用于使飛行器的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的能量供給系統(tǒng)，該能量供給系統(tǒng)的特征在于盡可能高的效率因數(shù)。上述目的通過(guò)如下的飛行器機(jī)艙的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)所述空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括至少一個(gè)冷卻回路、至少一個(gè)壓縮空氣管路和用于壓縮空氣的至少一個(gè)壓縮機(jī)，其中冷卻回路通過(guò)壓縮空氣管路連接到壓縮機(jī)，并且其中壓縮機(jī)能夠獨(dú)立于引氣被驅(qū)動(dòng)。術(shù)語(yǔ)“冷卻回路”也能夠指冷卻回路系統(tǒng)；其涉及能夠通過(guò)熱力循環(huán)來(lái)冷卻介質(zhì)的裝置。因此，下文使用“冷卻回路”和“冷卻回路系統(tǒng)”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)。通過(guò)使用能夠獨(dú)立于引氣進(jìn)行操作的附加的壓縮機(jī)，能夠額外地壓縮來(lái)自任何所期望的源的空氣，以獲得能夠使具有所述至少一個(gè)冷卻回路的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的所需壓力水平。例如，可以從飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)汲取過(guò)低壓力水平的引氣；所汲取的引氣的氣壓沒(méi)有必要達(dá)到用于在所有工作條件下使空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的最低必要壓力。引氣連接部的不同設(shè)計(jì)及其在一個(gè)或多個(gè)飛行階段中布置于較低氣壓的區(qū)域中所導(dǎo)致的結(jié)果包括能量缺口，該能量缺口能夠通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的附加壓縮機(jī)來(lái)彌補(bǔ)。獨(dú)立于引氣的壓縮機(jī)操作導(dǎo)致根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能量供給的混合。包括多個(gè)能量源的根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作能夠在不同的有利實(shí)施方 式中以多種方式實(shí)現(xiàn)。在有利的實(shí)施方式中，至少一個(gè)冷卻回路可以設(shè)計(jì)成基于使用壓縮空氣進(jìn)行工作的空氣回路原理。這樣的冷卻回路或冷卻回路系統(tǒng)可以在常見(jiàn)的飛行器空氣調(diào)節(jié)單元中找至IJ。這些空氣調(diào)節(jié)單元通常組合成各種裝置的緊湊的束的形式，并被稱(chēng)之為“組”?？梢允褂猛ㄟ^(guò)壓縮空氣進(jìn)行工作的傳統(tǒng)空氣調(diào)節(jié)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣進(jìn)行調(diào)節(jié)以在飛行器中提供空氣調(diào)節(jié)，使得根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在與常見(jiàn)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比只需微小的改動(dòng)。在本實(shí)施方式中，壓縮機(jī)可以布置在該空氣調(diào)節(jié)單元的上游并且可以通過(guò)各種源向其供給空氣或壓縮空氣。在本發(fā)明的同樣有利的實(shí)施方式中，至少一個(gè)冷卻回路或至少一個(gè)冷卻回路系統(tǒng)能夠設(shè)計(jì)成獨(dú)立于壓縮空氣。上述可以用于向例如上面提到的空氣調(diào)節(jié)單元提供額外的支持，使得提供給空氣調(diào)節(jié)單元的壓縮空氣的壓力水平至少完全足夠給飛行器機(jī)艙增壓，并且通過(guò)該附加的冷卻回路的支持，能夠冷卻空氣。獨(dú)立于壓縮空氣的冷卻回路系統(tǒng)使得其能夠以簡(jiǎn)單的方式附加地集成輔助冷卻回路用于對(duì)電子設(shè)備裝置等進(jìn)行冷卻。在本發(fā)明的有利實(shí)施方式中，可以使用熱交換器形式的散熱器來(lái)進(jìn)行預(yù)冷卻或主冷卻，所述熱交換器使用外界空氣進(jìn)行冷卻。例如，冷卻氣流可以通過(guò)集成沖壓空氣管道進(jìn)行輸送，并且在飛行中，可以通過(guò)沖壓空氣壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在飛行器位于地面的情況下，可以通過(guò)電操作的冷卻空氣風(fēng)扇組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣的熱交換器可以作為空氣調(diào)節(jié)單元的一體部分，引氣流過(guò)該部分；或者所述熱交換器可以實(shí)施為布置在空氣調(diào)節(jié)單元的上游的外部外界空氣熱交換器；或者所述熱交換器可以通過(guò)基于液體的中間回路聯(lián)接到根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)有利實(shí)施方式，壓縮機(jī)設(shè)計(jì)成使得其能夠連接到能夠關(guān)閉的外界空氣入口。可以對(duì)外界空氣入口進(jìn)行控制，使得其在飛行中處于關(guān)閉。在地面時(shí)，能夠關(guān)閉的外界空氣入口優(yōu)選地為打開(kāi)，使得能夠獨(dú)立于飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作而通過(guò)壓縮機(jī)提供具有適當(dāng)壓力水平的空氣以用于使空氣調(diào)節(jié)單元工作。根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施方式，壓縮機(jī)形成空氣調(diào)節(jié)單元的一體部分，從而例如形成能夠獨(dú)立于引氣而實(shí)現(xiàn)額外地提供壓縮空氣的組的部件中的一個(gè)。這提供如下優(yōu)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明的具有該裝備的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)可能夠設(shè)計(jì)得非常緊湊，并且使得其能夠定位于飛行器內(nèi)的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的位置。根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施方式，壓縮空氣管路能夠連接到引氣連接部。因此，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠通過(guò)來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的引氣進(jìn)行供給，使得例如在要求有較高或完全的發(fā)動(dòng)機(jī)性能的飛行階段中，由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行的引氣供給足以使空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作，然而，在其他飛行階段中，可能會(huì)改換成附加的或替代的壓縮空氣供給。例如，能夠設(shè)想在飛行器的起飛階段僅將引氣供給給空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)而不進(jìn)行進(jìn)一步壓縮。然而，這應(yīng)當(dāng)只被視為一種能夠認(rèn)為是附加的且只涉及少數(shù)工作狀況的操作選項(xiàng)。這樣的構(gòu)思可以例如包括能夠?qū)⒏鶕?jù)本發(fā)明的剩余部件(如附加的壓縮機(jī))繞過(guò)的閥控旁通部。此外，這樣能夠以更簡(jiǎn)單的方式設(shè)計(jì)壓縮機(jī)的工作特性，這是因?yàn)樾枰采w必要?dú)鈮涸黾拥妮^小的范圍。此外，在短的工作階段中將壓縮機(jī)繞過(guò)時(shí)，沒(méi)有通過(guò)壓縮機(jī)發(fā)生進(jìn)一步溫度增加，不然該溫度增加會(huì)不得不通過(guò)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。旁通部可以包括止回閥，該止回閥在壓縮機(jī)關(guān)閉時(shí)由于回動(dòng)的壓力差而打開(kāi)。在另一有利實(shí)施方式中，這可以實(shí)施成壓縮機(jī)的空氣入口能夠連接到飛行器的 至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的引氣連接部。在具有中等發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的巡航高度，可以以此方式來(lái)增加引氣的壓力水平，使得達(dá)到使空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的最小壓力。通過(guò)獨(dú)立于引氣的能量源來(lái)實(shí)現(xiàn)該壓力增加，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施方式，壓縮機(jī)是能夠電操作的。電能量源可以通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)上或在輔助發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)、或通過(guò)一個(gè)或多個(gè)低溫燃料電池和/或高溫燃料電池來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的另一有利實(shí)施方式中，壓縮空氣管路能夠連接到通過(guò)飛行器的輔助氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)，使得在輔助氣輪機(jī)操作期間，當(dāng)飛行器位于地面時(shí)或在飛行中，能夠使來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的引氣供給最小化或被消除。在此情況下，要提及的是空氣壓縮機(jī)優(yōu)選地布置在輔助氣輪機(jī)的軸上，并且在輔助氣輪機(jī)處不發(fā)生直接的引氣去除。在飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)上的引氣的任何去除不限于單個(gè)引氣連接部，而是也能夠使用多個(gè)引氣連接部，并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)閥和空氣管路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，以滿足飛行器的特定運(yùn)行條件。換言之，與已知的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)將在下文概述。與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，引氣從較低的壓力級(jí)汲取。在這樣的架構(gòu)下的這樣的布置中，弓丨氣系統(tǒng)需要至少一個(gè)口來(lái)汲取壓縮空氣。根據(jù)應(yīng)用情況和設(shè)計(jì)策略，能夠在另外的壓力級(jí)或壓縮機(jī)級(jí)上集成另外的口。根據(jù)由引氣口的設(shè)計(jì)所導(dǎo)致的最大引氣溫度，能夠設(shè)置預(yù)冷卻器。通過(guò)相應(yīng)地選擇發(fā)動(dòng)機(jī)上的引氣位置，能夠產(chǎn)生在引氣系統(tǒng)中的對(duì)最大工作氣壓的依循；換言之，所預(yù)期的最大引氣壓力不超過(guò)預(yù)定限值。作為替代，這也能夠通過(guò)傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于在引氣系統(tǒng)中的與現(xiàn)有系統(tǒng)相比較低的氣壓和溫度，故而或者能夠用較薄的材料來(lái)設(shè)計(jì)裝置和管道，或者作為替代，使用重量較輕的材料，而這些材料在傳統(tǒng)系統(tǒng)中由于高溫還未能被使用。這可以降低引氣系統(tǒng)的重量。除了引氣系統(tǒng)的氣動(dòng)能量之外，根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)還使用電能以最優(yōu)地滿足在能量方面的功能需求。電能彌補(bǔ)了根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)力需求與來(lái)自引氣系統(tǒng)的可用的氣動(dòng)動(dòng)力之間的缺口。在飛行中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能夠可替代地從發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)、輔助氣輪機(jī)的發(fā)電機(jī)、燃料電池或以上源的組合來(lái)獲得電能。在飛行器在地面上的運(yùn)行中以及在發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法提供任何引氣的其他情況下，這能夠通過(guò)輔助氣輪機(jī)的空氣壓縮機(jī)(也稱(chēng)為“負(fù)載壓縮機(jī)”)來(lái)實(shí)現(xiàn)。與現(xiàn)有系統(tǒng)的那些相比，對(duì)于空氣壓縮機(jī)的壓力需求較低，因?yàn)橥瑯訉?duì)于此工作狀態(tài)，根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的所需動(dòng)力的一部分能夠通過(guò)在壓縮機(jī)中實(shí)現(xiàn)的電功率提供?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)也提供通過(guò)全電動(dòng)操作的壓縮機(jī)來(lái)提供引氣的可能性，該壓縮機(jī)可以或者是空氣調(diào)節(jié)單元的一體部件、或者可以布置在所述空氣調(diào)節(jié)單元的上游?？梢酝ㄟ^(guò)在飛行時(shí)關(guān)閉的專(zhuān)用外界空氣入口來(lái)直接獲得空氣。在此變型中，有可能去掉在輔助氣輪機(jī)和空氣調(diào)節(jié)單元之間的引氣系統(tǒng)，并且能夠設(shè)計(jì)用于完全電操作的輔助氣輪機(jī)。在兩個(gè)變型中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以替代性地從輔助動(dòng)力單元的發(fā)電機(jī)、燃料電池、外部地面供給系統(tǒng)或上述的組合來(lái)獲得當(dāng)飛行器在地面時(shí)用于進(jìn)行工作的電力。根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)為機(jī)艙和駕駛員座艙提供增壓、冷卻能力和溫度調(diào)節(jié)以及額外的冷卻功能，例如呈動(dòng)力電子設(shè)備形式的電子設(shè)備和航空電子設(shè)備裝置的冷卻。制冷能力的產(chǎn)生一般可以通過(guò)馳豫冷卻、冷蒸汽過(guò)程或滿足有關(guān)機(jī)艙供給空氣的溫度需求的其他熱力循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。可通過(guò)控制器來(lái)調(diào)節(jié)電力消耗，以針對(duì)所需總動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)處的引氣和電力的最佳動(dòng)力提取。此外，該目的通過(guò)根據(jù)次級(jí)獨(dú)立權(quán)利要求的特征的能量供給系統(tǒng)和用于飛行器的空氣調(diào)節(jié)方法被進(jìn)一步滿足。·


本發(fā)明的另外的特征、優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用選擇在下面的示例性實(shí)施方式的描述和附圖中公開(kāi)。所有所描述和/或示出的特征本身及其任意組合形成了本發(fā)明的主題，甚至與其各個(gè)權(quán)利要求中的組成或其相互關(guān)系無(wú)關(guān)。此外，附圖中的相同或者相似的部件具有相同的附圖標(biāo)記。圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施方式的簡(jiǎn)圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的第二示例性實(shí)施方式的簡(jiǎn)圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的第三示例性實(shí)施方式的簡(jiǎn)圖。圖5a和圖5b示出了現(xiàn)有技術(shù)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的引氣壓力圖的比較。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的第一示例性實(shí)施方式的框圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)2。引氣在發(fā)動(dòng)機(jī)6的高壓壓縮機(jī)4處汲取，其中，在發(fā)動(dòng)機(jī)6的正常操作中，從高壓壓縮機(jī)4的前部進(jìn)行汲取，但在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出進(jìn)行節(jié)制的情況下，例如在降落期間，從高壓壓縮機(jī)4的后部進(jìn)行汲取，其中高壓閥8打開(kāi)。為了降低所汲取的引氣的溫度，其在預(yù)冷卻機(jī)10中進(jìn)行冷卻，其中典型地(在旁通發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下)使用了來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)6的風(fēng)扇區(qū)域12的發(fā)動(dòng)機(jī)旁通空氣。調(diào)節(jié)閥14在引氣被向前輸送給引氣消耗設(shè)備之前限制引氣的壓力。另外的調(diào)節(jié)閥16調(diào)節(jié)所汲取的引氣的量，隨后引氣在每種情況下被輸送給空氣調(diào)節(jié)單元18?？諝庹{(diào)節(jié)單元18通常基于將增壓的引氣在冷卻渦輪機(jī)(未詳細(xì)示出)中進(jìn)行膨脹從而來(lái)顯著地冷卻所述引氣的充氣冷卻過(guò)程(air-supported cooling process)來(lái)進(jìn)行工作。該冷卻過(guò)程中的廢熱通過(guò)沖壓空氣管道20和空氣冷卻風(fēng)扇組件22導(dǎo)引至周?chē)h(huán)境中。除了機(jī)艙空氣調(diào)節(jié)的功能和給機(jī)艙增壓的功能之外，還可以執(zhí)行額外的冷卻功能，例如提供制冷能力以冷卻航空電子設(shè)備艙。圖I示出了這樣的附加的分配循環(huán)。能夠通過(guò)用作散熱器的附加的沖壓空氣管道24來(lái)獲得外界空氣，其中沖壓空氣管道24與分配系統(tǒng)的熱耦合通過(guò)空氣/液體熱交換器26實(shí)現(xiàn)。為了在分配系統(tǒng)中獲得低于外界溫度的溫度，插入了冷蒸汽冷卻設(shè)備28。在該布置中獲得的制冷能力的消耗設(shè)備通過(guò)熱交換器30再次與系 統(tǒng)進(jìn)行熱耦合。在圖I示出但未在上文提及的其他部件在示例性實(shí)施方式的上下文中根據(jù)需要列出和說(shuō)明。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的具有壓縮空氣管路33的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)32的第一示例性實(shí)施方式。當(dāng)與圖I所示的現(xiàn)有技術(shù)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)2相比較時(shí)，特定的特征包括如下事實(shí)能夠使用提供比通常情況顯著低的壓力水平的引氣連接部34。在第一示例性實(shí)施方式中，引氣被給送到壓縮機(jī)36，壓縮機(jī)36將引氣壓縮到較高的壓力水平，隨后在第一混合單元38中將引氣與再循環(huán)的機(jī)艙空氣混合。在壓縮的引氣到達(dá)第一混合單元38之前，該引氣通過(guò)壓縮空氣管路33被輸送到第一冷卻回路40進(jìn)行冷卻。另外，來(lái)自第一混合單元38的混合空氣通過(guò)第二冷卻回路42進(jìn)一步冷卻，其中該第二冷卻回路42可以例如設(shè)計(jì)成冷蒸汽過(guò)程。在第二混合單元44中，已經(jīng)以這種方式進(jìn)一步冷卻的混合空氣在可送往機(jī)艙46或飛行器中的其他要進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的空間之前與來(lái)自空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)32的另一股混合空氣進(jìn)行合并?？諝庵辽俨糠值赝ㄟ^(guò)循環(huán)風(fēng)扇48從機(jī)艙汲取并輸送到第一混合單元38。在目前所示的架構(gòu)的情況下，能夠在基于液體的中間冷卻回路50中實(shí)現(xiàn)額外的二次冷卻功能。根據(jù)在與另外的熱源的接口處的所需溫度水平，另外的熱源能夠與第二冷卻回路42并聯(lián)地得到供給，或者其能夠串聯(lián)地連接到上游或者串聯(lián)地連接到下游。在混合空氣和另外的熱源之間的溫度水平相同的情況下，并聯(lián)連接將是有益的；在另外的熱源的溫度水平較低的情況下，串聯(lián)連接到上游將是有益的；以及，在另外的熱源的溫度水平較高的情況下，串聯(lián)連接到下游將是有益的。第一冷卻回路40和第二冷卻回路42能夠以單個(gè)空氣調(diào)節(jié)單元的形式實(shí)現(xiàn)，使得這些功能不會(huì)在空間上彼此獨(dú)立地提供而是盡可能地在一個(gè)緊湊的單元內(nèi)提供。當(dāng)然，如果所需混合體積超過(guò)空氣調(diào)節(jié)單元的合理設(shè)計(jì)尺寸，第一混合單元38將布置到空氣調(diào)節(jié)單元外部。除了從引氣源34供給壓縮機(jī)36以外、或者作為從引氣源34供給壓縮機(jī)36替代，可以設(shè)想輔助氣輪機(jī)的空氣壓縮機(jī)52，該空氣壓縮機(jī)52能夠提供相對(duì)較低壓力水平的空氣，該空氣通過(guò)由壓縮機(jī)36進(jìn)一步壓縮而足以使空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)32工作。
作為示例，圖2示出了用于使壓縮機(jī)36操作的電驅(qū)動(dòng)器54。然而，其他驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型、例如液壓驅(qū)動(dòng)器或者氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器也能夠適合于此，其中氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器可以例如通過(guò)來(lái)自輔助氣輪機(jī)的壓縮機(jī)52的壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在圖I和圖2中，為了提供更好的理解，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的左手分支的虛線框，標(biāo)出了可以進(jìn)行組合以形成空氣調(diào)節(jié)單元并由此設(shè)計(jì)為空間封閉且緊湊的設(shè)計(jì)單元的部件。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這些標(biāo)示限于圖I和圖2，然而，所述標(biāo)示當(dāng)然也適用于其他所有圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)56的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，其與根據(jù)圖2的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)32的顯著不同之處包括例如當(dāng)飛行器位于地面時(shí)，機(jī)艙46能夠通過(guò)集成機(jī)艙風(fēng)扇組件58進(jìn)行通風(fēng)，其中集成機(jī)艙風(fēng)扇組件58例如從沖壓空氣管道20獲得空氣、可選地還從可替代的外界空氣入口開(kāi)口(未在圖中詳細(xì)示出)獲得空氣。作為示例，圖3 示出了集成機(jī)艙風(fēng)扇組件58將新鮮空氣直接輸送到第二混合單元44，新鮮空氣從該第二混合單元44到達(dá)機(jī)艙46。對(duì)于在發(fā)動(dòng)機(jī)6處具有足夠的引氣壓力來(lái)使空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)56工作的某些飛行階段，能夠例如使用旁通部57，該旁通部57可以繞過(guò)壓縮機(jī)36輸送引氣，使得空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)地通過(guò)沒(méi)有經(jīng)過(guò)進(jìn)一步壓縮的引氣進(jìn)行工作。所考慮的飛行階段的特征在于需要高的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出，例如起飛。對(duì)于巡航飛行，由于不足的引氣壓力，將不能夠使用旁通部，并且由于本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)，這樣的使用也不會(huì)是有益的?？梢酝ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單的止回閥59對(duì)旁通進(jìn)行控制，假如來(lái)自壓縮機(jī)36的壓力不超過(guò)引氣壓力，則止回閥59使得引氣能夠流入旁通部57從而直接進(jìn)入壓縮空氣管路33。因此，在壓縮機(jī)關(guān)閉的情況下，止回閥59將立刻打開(kāi)。應(yīng)當(dāng)理解，旁通部57可以出現(xiàn)在所有示例性實(shí)施方式中，但僅在圖3中作為示例更詳細(xì)地示出。圖4示出了空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)60的另一示例性實(shí)施方式，其基本上對(duì)應(yīng)于圖2的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)32，然而，其中，來(lái)自外界空氣入口開(kāi)口(例如呈沖壓空氣管路20形式)的新鮮空氣輸送到壓縮機(jī)36，使得在飛行器在地面上運(yùn)行期間提供到空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)60的供給，該供給完全不依賴(lài)于引氣。下面，簡(jiǎn)要地說(shuō)明關(guān)于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的引氣壓力圖(圖5a)與關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的引氣壓力圖(圖5b)的比較。圖5a中，通過(guò)虛線62示出了在相對(duì)溫暖的天氣使空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的最大所需引氣壓力。在其下方的曲線64示出了在平均溫度天氣的所需引氣壓力圖。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，引氣壓力66總是超過(guò)所需引氣壓力63或64，使得在所有環(huán)境下以及在所有飛行階段中，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠通過(guò)所提供的引氣進(jìn)行工作。特別地，在起飛和爬升飛行期間，所提供的引氣壓力顯著高于其他任何時(shí)候所需的引氣壓力，其中通過(guò)節(jié)流閥等來(lái)減少過(guò)量的壓力。這等同于能量損失。根據(jù)圖5b，在根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于附加的壓縮機(jī)36，因此需要顯著較低水平的引氣壓力68，其中如果沒(méi)有達(dá)到在每種情況中所需的引氣壓力62或64，則使用壓縮機(jī)36，以例如產(chǎn)生電能來(lái)應(yīng)對(duì)所產(chǎn)生的壓力差70 (如陰影區(qū)域所示)。這等同地意味著所汲取的引氣的壓力和容積流量只需要在要求相對(duì)較高推力的短暫飛行段中進(jìn)行節(jié)制。然而，當(dāng)飛行器在巡航時(shí)，引氣的壓力水平不是十分充足以使根據(jù)本發(fā)明的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)充分地工作。因此，在最長(zhǎng)的飛行段中(例如在巡航中)沒(méi)有必要對(duì)壓力和容積流量進(jìn)行節(jié)制，與現(xiàn)有技術(shù)相比，這等同于發(fā)動(dòng)機(jī)效率的顯著改善。圖6用圖示法示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的示例性實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的方法可以從引氣的去除72開(kāi)始；或者作為替代，其也可以包括從外界空氣入口開(kāi)口輸送新鮮空氣74。所述新鮮空氣可以通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮76并且可以用于通風(fēng)。如果需要，換言之，在主要的、較長(zhǎng)的飛行段中，引氣通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)行額外的壓縮76，并被輸送到至少一個(gè)冷卻回路78。然后，可以通過(guò)第一冷卻回路40進(jìn)行預(yù)冷卻，接著與機(jī)艙空氣進(jìn)行混合82。在該混合步驟之前、期間或者之后，可以在第二冷卻回路42中例如通過(guò)冷蒸汽過(guò)程進(jìn)行額外的冷卻84。最后，將已經(jīng)以這種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)的空氣向機(jī)艙46進(jìn)行輸送86。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法還可以包括例如當(dāng)飛行器位于地面時(shí)通過(guò)機(jī)艙風(fēng)扇組件對(duì)機(jī)艙進(jìn)行通風(fēng)88。作為替代、或者除了引氣和/或來(lái)自外界空氣入口開(kāi)口的外界空氣之外，還能夠?qū)?lái)自空氣壓縮機(jī)的壓縮空氣輸送到壓縮機(jī)90，其中所述空氣壓縮機(jī)可由輔助氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。 另外，應(yīng)當(dāng)指出，“包括”并未將其他元件或步驟排除在外，“一”或“一個(gè)”并未將多個(gè)排除在外。此外，應(yīng)當(dāng)指出，已參照上述示例性實(shí)施方式中的一個(gè)進(jìn)行描述的特征或步驟也能夠與上述其他示例性實(shí)施方式的其他特征或步驟組合使用。權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被理解為是限制。附圖標(biāo)記列表2空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)4高壓壓縮機(jī)6發(fā)動(dòng)機(jī)8 高壓閥10熱交換器12風(fēng)扇區(qū)域14調(diào)節(jié)閥16調(diào)節(jié)閥18空氣調(diào)節(jié)單元(組)20沖壓空氣管道22冷卻空氣風(fēng)扇組件24沖壓空氣管道26熱交換器28冷蒸汽冷卻設(shè)備30熱交換器32空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)33壓縮空氣管路34引氣連接部36壓縮機(jī)38第一混合單元
40第一冷卻單元42第二冷卻單元44第二混合單元46機(jī)艙
48循環(huán)風(fēng)扇50中間冷卻回路52空氣壓縮機(jī)54電驅(qū)動(dòng)器56空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)57旁通部58集成機(jī)艙風(fēng)扇組件59止回閥60空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)62炎熱天氣所需引氣64均溫天氣所需引氣66引氣壓力68所需引氣壓力(根據(jù)本發(fā)明)7O壓力差72汲取引氣74輸送新鮮空氣76壓縮78輸送到冷卻回路80預(yù)冷卻82與機(jī)艙空氣混合84冷卻86輸送到機(jī)艙88給機(jī)艙通風(fēng)90將壓縮空氣輸送到壓縮機(jī)
權(quán)利要求
1.一種飛行器機(jī)艙的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括 至少一個(gè)冷卻回路(40，42)， 至少一個(gè)壓縮空氣管路(33)，以及 用于壓縮空氣的至少一個(gè)壓縮機(jī)(36)， 其中，所述冷卻回路(40，42)通過(guò)所述壓縮空氣管路(33)連接到所述壓縮機(jī)(36)，并且 其中，所述壓縮機(jī)(36)能夠獨(dú)立于引氣被驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(32，56，60)， 其中，所述至少一個(gè)冷卻回路(40，42)被設(shè)計(jì)成基于使用壓縮空氣進(jìn)行工作的空氣回路原理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(32，56，60)， 其中，所述至少一個(gè)冷卻回路(40，42)被設(shè)計(jì)成獨(dú)立于壓縮空氣。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(32，56，60)， 其中，所述壓縮機(jī)(36)能夠連接到能夠關(guān)閉的外界空氣入口。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(32，56，60)， 其中，所述壓縮空氣管路能夠連接到弓I氣連接部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(32，56，60)， 其中，在所述引氣連接部和所述壓縮空氣管路之間設(shè)置有朝向所述壓縮空氣管路打開(kāi)的止回閥。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(32，56，60)， 其中，所述壓縮機(jī)(36)的入口能夠連接到所述飛行器的至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)(6)的引氣連接部(34)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(32，56，60)， 其中，所述壓縮機(jī)(36)是能夠電操作的。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(32，56，60)， 其中，通過(guò)所述飛行器的輔助氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)(52)能夠連接到所述壓縮空氣管路(33)。
10.一種用于使飛行器的至少一個(gè)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的能量供給系統(tǒng)，包括 至少一個(gè)壓縮空氣管路(33)，以及 至少一個(gè)壓縮機(jī)(36)， 其中，空氣調(diào)節(jié)單元能夠連接到所述壓縮空氣管路(33)，并且 其中，所述壓縮空氣管路(33 )能夠連接到所述壓縮機(jī)(36 )。
11.一種用于對(duì)商用飛行器進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的方法，所述方法包括如下步驟 汲取引氣(72)， 通過(guò)能夠獨(dú)立于弓丨氣被驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)(36 )對(duì)所述弓丨氣進(jìn)行壓縮(76 )，以及 將所壓縮的引氣輸送到至少一個(gè)冷卻回路(78)。
全文摘要
一種飛行器機(jī)艙的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(32)，包括至少一個(gè)冷卻回路(40，42)、至少一個(gè)壓縮空氣管路(33)和用于壓縮空氣的至少一個(gè)壓縮機(jī)(36)。冷卻回路(40，42)通過(guò)壓縮空氣管路(33)連接到壓縮機(jī)(36)，其中壓縮機(jī)(36)能夠獨(dú)立于引氣被驅(qū)動(dòng)。這使得能夠汲取比平常低的壓力的發(fā)動(dòng)機(jī)引氣，這是因?yàn)樗a(chǎn)生的與所需操作壓力之間的差能夠通過(guò)壓縮機(jī)(36)來(lái)補(bǔ)償。因此，該空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(32)能夠通過(guò)混合能量供給來(lái)進(jìn)行工作。
文檔編號(hào)B64D13/06GK102917950SQ201180026490
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者揚(yáng)·迪特馬爾, 揚(yáng)·巴爾科斯基, 克里斯托夫·梅芬坎普 申請(qǐng)人:空中客車(chē)德國(guó)運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司