[发明专利]用于航空器的空气调节方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及航空器中的空气调节领域，尤其涉及旨在供给航空器的加压机舱的空气调节。本发明尤其涉及一种用于航空器的空气调节系统和方法，以及一种包括这种系统的航空器。

背景技术

在航空器的例如10000米高度的巡航高度上，通常外部环境空气的压强大约是0.2至0.3巴，并且其温度介于-20到-60℃之间；然而航空器的加压机舱中的压强大约是0.8巴，并且机舱空气调节模块的入口处的温度大约是-15℃。

为了向加压机舱供给空气，已知的方法是抽取主发动机的区域中的空气以对该空气进行调节，然后将该空气输送到机舱空气调节模块。

因此，从主发动机的压缩机级抽取经过加压的且处于高温的压缩空气流，然后由预冷器对其进行冷却；该空气在预冷器的出口处的压强大约是2巴，其温度大约是200℃。然后该空气在冷却模块中被再次冷却，并且同时进行除湿和膨胀，该空气在冷却模块的出口处的压强接近于机舱的压强(即大约是0.8巴)，并且该空气的温度大约是-15℃。由此，然后将经此调节的空气输送到航空器的机舱空气调节模块以确保其热调节以及新鲜空气的供给。然而，这种系统具有许多缺陷。

首先，由于抽取的空气的压强高，空气必定会膨胀以达到航空器的机舱空气调节模块的入口处所需要的压强水平。这种膨胀需要使用一包括涡轮增压器和多个热交换器的冷却模块，而多个热交换器会消耗能量并且会使系统的结构更加复杂，这是第一个缺陷。

此外，这种系统的预冷器需要抽取附加的处于低温的空气以对在航空器的主发动机的压缩机级处抽取的热空气进行冷却。从航空器的不同区域进行的这种多重空气抽取使得空气调节系统更为复杂，并且由此使得航空器的内部结构更加复杂，这增加了拖累和燃料消耗，这是第二个缺陷。

此外，这种系统使得主发动机的安装和操作性变得复杂，并且会降低其性能，这是第三个缺陷。

此外，在主发动机的压缩机级处抽取空气会相应地减少能够用于推进航空器的空气的量，这增加了燃料的消耗，并且因此是第四个缺陷。

最后，发动机转速的变化性需要复杂的系统以确保恒定的最低水平的空气抽取，这是第五个缺陷。

发明内容

本发明旨在改进现有的用于航空器的空气调节系统以节约航空器的能量并简化空气调节，以及更一般地，简化航空器的结构。

因此，本发明的目标在于提供一种用于航空器的加压机舱的空气调节系统，其独特之处在于，该系统包括：空气抽取模块，其被配置为用于从航空器的外部抽取环境空气；空气压缩模块，其被配置为用于压缩抽取的空气流；以及空气冷却模块，其包括用于存储至少一冷却剂的装置并且被配置为用于借助该冷却剂对压缩空气流进行冷却。

术语“外部环境空气”是指在航空器外部的开放空气，其与在航空器发动机内流动的空气相对。

因此，然后经此冷却的空气可被输送到航空器的机舱的空气调节模块，然后空气调节模块根据机舱设置调整空气流的温度以向机舱供给冷空气。

压缩模块能够压缩从航空器外部抽取的环境空气，环境空气的压强和温度通常低于机舱空气调节模块的入口处所需的压强和温度水平。这种压缩能够将空气的压强增加到机舱中所需要的压强水平(例如0.8巴)。由于抽取的外部环境空气的压强大约是0.2或0.3巴，为了获得与机舱中所需的压强水平接近的压强(例如0.8巴)，所以与这种压缩相关联的压缩率是低的(例如大约是3或4)，并且因此需要少量的能量。能够执行压缩以达到略高于机舱中所需的压强的值(例如0.9巴)，以考虑到与航空器的空气压缩模块和空气调节模块之间的压头损失相关联的空气压强的降低。

当压缩将抽取的空气的温度增加到高于机舱空气调节模块的入口处所需要的水平时，则冷却模块接收压缩空气流并将其冷却到机舱空气调节模块的入口处所需要的温度水平(例如-15℃)。冷却的空气然后被提供到航空器的空气调节模块以确保航空器的加压机舱的热调节以及将冷空气供给到航空器的加压机舱。

本发明的系统只抽取外部环境空气。因此，不再需要抽取主发动机的压缩机级处的空气，这样能够提高效率并且使得空气调节系统不受航空器的发动机转速变化的支配。特别地，与现有的方案相比，本发明的系统的空气抽取模块因而可包括可由例如动态进气口或可控阀形成的、用于抽取空气的单一装置。

此外，不再需要增加在航空器的不同温度下以及不同区域中进行的空气抽取的数量，这简化了航空器的架构并且使得有可能减少拖累及其燃料消耗。

这种系统的结构是简单的并且尤其使得有可能避免使用涡轮增压器和多个用于冷却空气的热交换器。此外，发动机的安装，操作性以及维护都变得更容易。