(57)【要約】  ラムエア入口流路部を有するラムエア流路の下流に配置された航空機用空調システムを迂回し、航空機用空調システムの下流に配置された出口流路に、排出空気用の排出開口部の手前で合流するバイパス流路からなり、ラムエア流路とバイパス流路との共通入口が設けられる航空機用空調システムの排出空気冷却装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラムエア入口流路部（３２）を有するラムエア流路（３０）の下流に配置された航空機用空調システム（１０）を迂回し、前記航空機用空調システム（１０）の下流に配置された出口流路（４０）に、排出空気用の排出開口部（４２）の手前で合流するバイパス流路（２０）からなり、前記ラムエア流路（３０）と前記バイパス流路（２０）との共通入口（２５）が設けられる航空機用空調システム（１０）の排出空気冷却装置。
【請求項２】
第１フラップ（３６）が前記ラムエア入口流路部（３２）の入口開口部（３４）に調節可能に配置され、流入空気量を調節するために、前記調節可能なフラップ（３６）により前記ラムエア入口流路部（３２）の前記入口開口部（３４）の入口断面（３５）の大きさを変更できることを特徴とする請求項１記載の航空機用空調システムの排出空気冷却装置。
【請求項３】
流入空気量を調節する第２フラップ（３８）が、前記第１フラップ（３６）に関節状に固定されており、前記第２フラップ（３８）の旋回軸（３９）は、前記第１フラップ（３６）が片寄っている時、実質的には前記第１フラップ（３６）の旋回軸（３７）に向かって又はこれから離れるように、並進的に移動することを特徴する請求項２記載の航空機用空調システムの排出空気冷却装置。
【請求項４】
前記第１フラップ（３６）は、これに関節状に固定されている張力圧縮手段（６０）により、その旋回軸（３７）周りに実質的に垂直方向に旋回することを特徴とする請求項２又は３記載の航空機用空調システムの排出空気冷却装置。
【請求項５】
前記ラムエア出口流路（４０）は、ラムエア流路出口フラップ（４４）を備え、前記ラムエア流路出口フラップ（４４）は、外部空気流によって開放されている時、前記ラムエア出口流路（４０）内に真空を生み出すことを特徴とする前記請求項の少なくとも１つに記載の航空機用空調システムの排出空気冷却装置。
【請求項６】
前記バイパス流路（２０）に逆止弁（２２）が配置されることを特徴とする前記請求項の少なくとも１つに記載の航空機用空調システムの排出空気冷却装置。
【請求項７】
前記バイパス流路（２０）は、これに流れ込む空気量を調節する可変バイパス流路入口フラップ（２６）を備えることを特徴とする前記請求項の少なくとも１つに記載の航空機用空調システムの排出空気冷却装置。
【請求項８】
前記バイパス流路入口フラップ（２６）は、前記第１可変フラップ（３６）及び／又は前記第２可変フラップ（３８）に運動学的に連結されていることを特徴とする請求項７記載の航空機用空調システムの排出空気冷却装置。
【請求項９】
前記バイパス流路入口フラップ（２６）は、ロッドアセンブリ（５０）を介して前記第２フラップ（３８）に連結されていることを特徴とする請求項７又は８記載の航空機用空調システムの排出空気冷却装置。
【請求項１０】
前記バイパス流路入口フラップ（２６）は、前記第２フラップ（３８）の旋回軸（３９）が上方又はその逆に移動する時、前記バイパス流路（２０）を開くように旋回軸（２７）周りに旋回するように、前記第２フラップ（３８）の旋回軸（３８）に関節状に連結されていることを特徴とする請求項６乃至９の少なくとも１つに記載の航空機用空調システムの排出空気冷却装置。
【請求項１１】
前記第１可変フラップ（３６）及び前記バイパス流路入口フラップ（２６）は、周囲温度及び飛行速度に応じて、最大冷却位置と最大加熱位置の間で調節され、前記最大冷却位置では前記第１フラップ（３６）は全開であり且つ前記バイパス流路入口フラップ（２６）は大部分が閉じた状態であり、前記最大加熱位置では前記第１フラップ（３６）は大部分が閉じた状態であり且つ前記バイパス流路入口フラップ（２６）は全開である、請求項１乃至７の少なくとも１つに記載の航空機用空調システムの排出空気冷却装置を用いる航空機用空調システムの排出空気冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機用空調システムの排出空気冷却装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＦＲＰ材料は、新型の航空機においてますます使われるようになっている。ＣＦＲＰ材料を使用するためには、その強度特性が影響を受ける程度が最小限で済むように外部影響因子、例えば温度及び湿度、を材料固有特性に適合させる必要がある。
【０００３】
最新式の航空機用空調システム（外気供給システム）は、エアタービンにより駆動されるコンプレッサによる一段階圧縮の原理によって作動する。高温の圧縮されたエンジン抽気の冷却には、飛行中は外部流を通じて、地上ではラムエア流路のファンを通じて、ラムエアを用いる。この空気は、その後、タービンを介して前記コンプレッサを駆動し、また、キャビン内の要求に応じて調節される。
【０００４】
前記外気供給システムのラムエア流路の目的は、外部空気を熱交換器用の冷却空気として利用できるようにすることである。前記ラムエア流路は、一般的に、ＮＡＣＡラムエア入口流路、ディフューザ、ゴムホース接続部、場合によってはラムエア流路プレナム、及びラムエア出口流路からなる。熱交換器及び外気供給システムのプレナムは、前記ラムエア流路プレナムとラムエア出口流路との間にＡＣＭファン（ＡＣＭ＝エアサイクルマシン（３ホイール式ターボマシン、即ち、タービン、コンプレッサ、ファン））と共に取り付けられる。前記ＡＣＭファン及びコンプレッサは、タービンにおける膨張によって駆動される。前記ＡＣＭファンにより、冷却空気は、地上においても、確実に熱交換器内を案内される。
【０００５】
飛行中、外部流が、通常はＮＡＣＡ形状であるラムエア入口流路を経由してラムエア流路に到達する。全圧の動圧成分の一部がディフューザにおいて静圧成分に変換される（空気流が減速する）。（周囲圧力に対する）静過圧がこのようにして生成され、また、これが、熱交換器の入口におけるラム圧力と呼ばれる。冷却空気の循環は、２つの移動可能な、相互に連結されたラムエア入口流路フラップにより制御される。この場合は、飛行方向において前方のフラップがフレームに堅固に取り付けられており、その端部がスピンドルのレバーによって上下に動く。第２フラップが、第１フラップの端部でヒンジを介してこれに連結されている。上方への／下方への動き（即ち、ラムエア入口の閉又は開）により、前記第２フラップの後端部の平行移動がもたらされ、この移動は短い振り子ロッドにより相殺される。
【０００６】
前記ラムエア出口流路は、一般的にフラップを１つだけ備える。ラムエア出口流路フラップの開放時には、外部空気による循環の結果、ラムエア出口流路内に真空が作り出される。この真空は、熱交換器を通る冷却空気の質量流量に影響する。前記フラップはアクチュエータにより作動される。
【０００７】
説明した方法では、ラムエア入口流路を経由して熱交換器内を流れる冷たいラムエアは、出口における排気温度が最高２００℃の範囲内となる程度まで加熱される。飛行中、この高温の排出空気は、外部流の影響により航空機の表面にあたるかもしれない。この高温の排出空気は、外部流による一定の冷却にもかかわらず、航空機のＣＦＲＰ構造に到達した時の温度が、依然、最高１６０℃もある場合がある。依然として、現在のＣＦＲＰ材料の強度は、荷重プロファイル及び周囲条件に応じて定量的に１００℃から１２０℃の温度範囲までに決められている。この温度範囲を超える荷重は、復元不可能な材料損傷を引き起こし、故障につながるかもしれない。
【０００８】
出口における温度を下げるための現在の解決法は、例えば、ＤＥ１０２４４１０９Ａ１に説明されているように、冷気クッションと同様に高温の排出空気と航空機の表面との間で機能する「冷却フィルム」が提供している。この冷却フィルムは、航空機の表面の温度をＣＦＲＰの臨界温度未満に保つ。この冷却フィルムは、航空機用空調システムの設置空間と外部環境との圧力差の結果として生じる。航空機の表面におけるラムエア出口流路の位置によって、飛行中に、強真空領域がラムエア流路の領域で航空機の表面に生じる。冷却フィルムの源は、利用可能にされた、独立したラムエア入口からの換気空気である。冷却フィルムは、選択的に排気流の下を案内される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この原理の主な欠点は、例えば、異物の衝突又は特定の飛行操作の結果冷却フィルムが機能しなくなったときに、航空機用空調システムが依然として作動中であるためにウィングボックスが、気づかれることなくオーバーヒートするかもしれないという点である。電気的な停止機能は安全性の要件の点で問題がある。
【００１０】
すべての飛行段階において冷却空気フィルムを維持することも不可能である。翼フラップ及び／又はスポイラ／空気ブレーキは、着陸進入の間及び低速飛行の間は、上記の航空機用空調システムの設置空間が外部環境とつながるように拡張される。前記翼フラップ及びスポイラ／空気ブレーキの領域にはラムエア出口流路の領域よりも強い真空があり、冷却空気が冷却空気フィルム用のスロットから流れ出ずに前記翼のフラップ及びスポイラ／空気ブレーキの領域内に流れ出る。このように、冷却フィルムは、これらの飛行段階の間は高温の排出空気に対する保護を提供しない。また、例えば航空機の表面の損傷のような、冷却空気フィルムの機能停止につながる欠陥の場合も高温の排出空気に対する保護はない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、ラムエア出口流路で、必要に応じて外気供給システムからの高温の排出空気を冷却し、当該流路の裏に配置される航空機のＣＦＲＰ構造が低温の排気温度にさらされるようにすることを可能にする装置及び方法の提供である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、各独立クレームの特徴による発明にしたがって達成される。本発明の有利な実施形態及び発展形態はサブクレームに見られる。
【００１３】
本発明にかかる、航空機用空調システムの排出空気冷却装置には、ラムエア入口流路部を有するラムエア流路の下流に配置された航空機用空調システムを迂回し、前記航空機用空調システムの下流に配置された出口流路に、排出空気用の排出開口部の手前で合流するバイパス流路が設けられ、前記ラムエア流路とバイパス流路との共通入口が設けられる。
【００１４】
本発明において、排出空気は、出口から出る前までに、ラムエアバイパス流路によってＣＦＲＰの臨界温度に達しない程度にまで冷却される。前記ラムエアバイパス流路が機能しない場合、欠陥によりＣＦＲＰ航空機構造がオーバーヒートしないように前記航空機用空調システムも機能しない又は電源が切られる。この場合、前記ラムエア流路及び可変のバイパス流路の両方に単一の空気入口によって供給される。
【００１５】
圧力損失を低く保つために、前記バイパス流路は、航空機用空調システムの出口流路に可能な限り直接接続されていることが好ましい。前記バイパス流路は、排出空気が外部環境に排出される手前で、航空機用空調システムの出口流路に合流することが好ましい。このように、この流路は、前記航空機用空調システムを迂回して、高温の排気流に冷たいラムエアを送り込む。
【００１６】
前記ラムエア流路と前記バイパス流路との共通入口を設けることが好ましい。これには、前記航空機用空調システムの作動中常に冷却フィルムが提供されるという利点がある。
【００１７】
前記バイパス流路の通気率の変更は、バイパス流路フラップにより達成される。この構造的解決において、前記バイパス流路の入口開口部の調節のために、前記ラムエア入口流路の第２フラップの平行移動が利用される。振り子ロッドの代わりに、前記バイパス流路の入口フラップが振り子ロッドの機能を担い、同時に前記バイパス流路の開口部断面を調節する。前記バイパス流路は、前記ラムエア入口流路フラップが閉じているときに開放される。前記バイパス流路は、前記ラムエア入口流路のフラップが飛行時最大ラムエア流路フラップ位置にある時に最大限閉じられる。前記ラムエア入口流路の第２フラップの端部が、バイパス流路の冷気除去点を形成する。
【００１８】
純粋な機械的調節は以下の原理によって作動する。前記航空機用空調システムの高い冷却力が必要とされる場合、前記ラムエア入口流路は最大限開放される（フラップが下方に動く）。この冷却状況においては、抽気を冷やすために、前記熱交換器により最大利用可能ラムエアが要求される。前記バイパス流路の開口部が可能な限り閉じられる（前記バイパス流路のフラップが閉じる、前記バイパス流路の通気率が低い）ような設計になっている。この場合、前記ラムエア流路のラム圧力が高いため、前記バイパス流路の流量で、十分に保護機能を提供できるであろう。加えて、大流量の冷却空気がこの作動状態に対して提供され、したがって、排気温度は前記臨界温度の範囲内になることがない。したがって、大流量の冷却流も必要でない。
【００１９】
対照的に、加熱中は抽気による熱の放出が最小となる。したがって、前記ラムエア入口流路は最小開口部まで移動する（フラップが上方に動く）。この場合、前記ラムエア流路内のラム圧力は低く、前記バイパス流路を通る十分な質量流量を確保するためには、前記バイパス流路の高い通気率が必要となる。この作動状態においては、低量のラムエアが前記抽気によってさらによく加熱され、バイパス冷却空気流の増加が必要となる。前記バイパス流路の開口部が可能な限り開く（前記バイパス流路の通気率が最大になる）ような設計になっている。
【００２０】
地上での作動のために取り付けられるファンは、前記熱交換器に対して周囲の空気を取り入れ、前記ラムエア入口流路内に真空を生み出す。これにより、前記バイパス流路を介して高温の排出空気が前記入口に供給される場合があり、その結果として、排気温度が臨界範囲まで加熱される場合がある。したがって、この状況に対して逆止弁が設けられる。
【００２１】
前記バイパス流路と前記ラムエア流路とを空気入口に統合する構造的統合は、独立したバイパス流路に比べ明らかな安全上の利点を達成することを可能にする。ＮＡＣＡ入口が、例えば鳥の衝突の結果として損傷した場合、前記バイパス流路に加えて、前記航空機用空調システムも同時に機能しなくなる可能性がより高い。この場合、高温の排出空気はもはや航空の構造に到達しない。対照的に、独立したバイパス入口では、航空機用空調システムは自身の流路を用いて機能し続け、高温の排出空気が、何にもブロックされていない航空機構造に到達でき、その材料に継続的に損傷を与える。純粋な機械的構造は、電子的解決（センサ、付加的な電子フラップ制御等）に比べてより高い信頼性を提供する。
【００２２】
以下に、以下の図面の図を参照しながら、実施形態に基づき本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、ラムエア流路を有する空調システムの概略断面図である。
【図２】図２は、ラムエア流路と並んで配置されるバイパス流路の配置の概略断面図である。
【図３】図３は、図２の実施形態の、ラムエア入口流路及びバイパス流路のフラップの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図中では、別途指示しない限り、同じ参照番号は同じ又は機能的に同一の構成要素を示す。
【００２５】
図１は、ラムエア流路３０を有する空調システム１０の概略断面図を示す。ラムエア入口流路３２の入口開口部３４が、図１の上左角に図示されている。前記ラムエア入口流路３２は、ディフューザ４及びラムエア流路プレナム６を介して空調システム１０に通じている。ラムエア出口流路４０が、前記空調システム１０の下流に配置されており、この流路の排出開口部４２は、ラムエア流路出口フラップ４４により閉じられている。このように、前記ラムエア流路３０は、ラムエア入口流路３２とラムエア出口流路４０からなる。ファン８が前記空調システム１０の下方部分に配置されている。前記ラムエア入口流路３２の入口開口部３４の入口断面３５は、第１フラップ３６および第２フラップ３８により定義される。
【００２６】
作動中、空気が、前記入口開口部３４から前記ラムエア入口流路３２に導入され、熱交換のために、前記流路を通って空調システム１０に送られる。前記空気は、前記空調システム１０内を案内されると、前記ラムエア出口流路４０を経由して外部環境に開放される。前記ラムエア入口流路３２に流れ込む空気の量は、前記第１フラップ３６及び前記第２フラップ３８による前記ラムエア入口流路３２の入口断面３５の変更の結果により変化する。前記入口断面３５が拡大されたときには、より多くの空気が前記ラムエア入口流路３２内に流れ込むことができる。前記空気は、その後、前記ディフューザ４及び前記ラムエア流路プリナム６を経由して前記空調システム１０に供給され、そこで熱交換が行われる。前記空気は、前記空調システムを通過した後、前記ラムエア出口流路４０を通って外部環境に流れ出る。例えば、航空機が地上にある場合のような、前記入口開口部３４が弱い流れしかを受けないとき、前記空調システム１０の下流に配置された前記ファン８が前記ラムエア流路３０を通る空気流を補助する。前記ラムエア出口流路４０から流れ出る空気流は、ラムエア流路出口フラップ４４を使って調節することができる。
【００２７】
図２は、ラムエア流路３０に並んで配置されるバイパス流路２０の配置の概略断面図を示す。この場合もまた、入口開口部３４が図の上左角に図示されている。前記ラムエア流路３０の一部であるラムエア入口流路３２は、前記入口開口部３４に接続されている。図１の従来の構造と比べて、本発明にかかるこの配置においては、バイパス流路２０が、前記ラムエア流路３０と当該バイパス流路２０との共通入口２５から分岐し、空調システム１０を迂回してラムエア出口流路４０に合流する。前記バイパス流路は逆止弁２２を備える。
【００２８】
前記バイパス流路２０には、前記ラムエア入口流路３２からの冷気が送られる。前記空調システム１０から前記ラムエア出口流路４０に入る空気は、時として非常に高温であり、冷却する必要がある。この場合には、これは、前記ラムエア出口流路４０に合流する前記バイパス流路２０により達成される。これにより、前記バイパス流路２０からの冷気が前記ラムエア出口流路４０に送り込まれ、前記空調システム１０からの高温の空気と混ざる。外部環境に開放される、前記ラムエア出口流路内の空気は、このようにして冷却される。このようにして、過度に高温の空気が前記ラムエア出口流路４０から出ることにより起こる繊細なＣＦＲＰ構成要素の損傷を避けることができる。
【００２９】
図３は、図２の実施形態にかかる前記ラムエア入口流路３２及びバイパス流路２０のフラップの概略断面図を示す。前記入口開口部３４、ラムエア流路３０及びバイパス流路２０の構成要素は、図２に従って配置されている。前記ラムエア入口流路３２の入口開口部３４の閉開のために、第１フラップ３６が旋回軸３７を中心に旋回するように配置され、第２フラップ３８が旋回軸３９を中心に旋回するように配置されている。前記バイパス流路２０を開閉するバイパス流路入口フラップ２６は、自身の旋回軸２７から離れた所でロッドアセンブリ５０を介して前記第２フラップ３８に接続されている。張力圧縮手段６０が前記第１フラップ３６を旋回させ、前記第２フラップ３８の旋回軸３９を移動させる。
【００３０】
前記ラムエア入口流路３２の入口開口部３４を閉じるためには、前記第１フラップ３６が前記入口開口部３４の前に移動するように、前記張力圧縮手段６０は前記第２フラップの旋回軸３９を上方に移動させ、且つ前記第１フラップ３６を上方に旋回させる。前記第１フラップ３６の全開位置及び閉位置に加えて中間位置も設けられている。前記旋回軸３９を中心に前記第２フラップ３８を上方に移動させることにより、前記第２フラップ３８が、これに固定された前記バイパス流路入口フラップ２６をその旋回軸２７周りに旋回させることにより前記バイパス流路フラップ２６を開放するように、この軸が全体的に移動する。前記第１フラップ３６が閉じている場合、このようにして前記バイパス流路２０のバイパス流路入口フラップ２６が開放される。
【００３１】
具体的な実施形態を用いて本発明を説明したが、これらの実施形態に限られず、代わりに複数の方法で変形してもよい。特に、上記実施形態の、考えられるあらゆる組合せも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
４    ディフューザ
６    ラムエア流路プレナム
８    ファン
１０  空調システム
２０  バイパス流路
２２  逆止弁
２５  共通入口
２６  バイパス流路入口フラップ
２７  バイパス流路入口フラップの旋回軸
２８  バイパス流路出口フラップ
３０  ラムエア流路
３２  ラムエア入口流路
３４  入口開口部
３５  入口断面
３６  第１フラップ
３７  第１フラップの旋回軸
３８  第２フラップ
３９  第２フラップの旋回軸
４０  ラムエア出口流路
４２  排出開口部
４４  ラムエア流路出口フラップ
５０  ロッドアセンブリ
６０  張力圧縮手段
【図１】
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【図２】
2011521828.tif 000004
【図３】
2011521828.tif 000005
【国際調査報告】
2011521828.tif 000006
2011521828.tif 000007
2011521828.tif 000008
2011521828.tif 000009