ЗАБОРНИК СВЕЖЕГО ВОЗДУХА ДЛЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА
AIRCRAFT FRESH AIR INTAKE

Область применения изобретения:
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию заборника свежего воздуха для воздушного судна.
Предпосылки к созданию изобретения:
Воздушные судна гражданского назначения требуют подачи свежего воздуха. Этот воздух может быть получен от различных источников, таких как компрессор двигателя, вспомогательная силовая установка ("ВСУ") или другие источники. Обычной практикой является снабжение систем контроля состояния окружающей среды (воздушной среды в пассажирском салоне) на большом воздушном судне стравливаемым воздухом от двигателей воздушного судна. Блоки кондиционирования воздуха распространенных систем контроля состояния окружающей среды воздушного судна содержат один или несколько теплообменников большого объема, через которые во время полета протекает набегающий поток воздуха. Набегающий поток воздуха используют для охлаждения стравливаемого воздуха. Набегающий поток воздуха обычно подают через каналы набегающего потока воздуха. Относительно современные воздушные судна гражданского назначения снабжены системами контроля состояния окружающей среды, которые могут работать без стравливаемого воздуха или с его относительно малым объемом. Для того чтобы получать относительно большие количества воздуха, которые требуются для наддува (создания избыточного давления), вентиляции и кондиционирования воздуха в салоне, практично использовать относительно большие заборники свежего воздуха на фюзеляже воздушного судна. Такие заборники свежего воздуха обычно выходят наружу из внешнего контура фюзеляжа воздушного судна и имеют, например, изогнутую, в виде совка форму, и поэтому их называют заборниками набегающего потока воздуха совкового типа.
Форму заборников свежего воздуха этого типа рассчитывают для крейсерского режима, который представляет собой самую длительную фазу полета, особенно для дальнемагистрального воздушного судна гражданского назначения. На этой фазе полета достигается относительно высокая скорость, составляющая, например, 0.8 Ма (маха), так что резко выраженный скоростной напор создается у заборников свежего воздуха, несмотря на низкую плотность воздуха на высоте крейсерского режима. Воздух, втекающий за счет скоростного напора в воздушный канал, расположенный позади заборника свежего воздуха, преимущественно дополнительно сжимают при помощи компрессора, чтобы повысить давление воздуха до величины, требуемой для наддува салона, и направляют в сеть расположенных ниже по течению каналов, откуда воздух может быть направлен в соответствующие системы обработки воздуха. Для того чтобы выполнять специфические акустические требования во время наземной эксплуатации, в соответствии с которыми, в частности, нельзя превышать заданную скорость воздуха, и для того чтобы свести к минимуму потерю давления, чтобы экономить энергию, требуется предусматривать один или несколько впусков вторичного воздуха, которые создают дополнительные впускные поперечные сечения на земле, чтобы таким образом снизить гидравлическое сопротивление и понизить среднюю скорость течения. Однако, для работы этих впусков вторичного воздуха требуются створки или заслонки с механическим управлением, которые герметизируют впуски вторичного воздуха во время полета.
Эксплуатация описанных выше заборников свежего воздуха выявила недостаток, связанный с тем, что эти заборники свежего воздуха необходимо защищать от пыли и небольших объектов, которые захватываются окружающими вихрями на фазах работы поблизости от земли, причем эту защиту обычно реализуют с использованием отражательной заслонки. Эта отражательная заслонка может быть установлена, например, с возможностью поворота выше по течению относительно заборника свежего воздуха и позволяет поглощать кинетическую энергию посторонних объектов. Это дополнительное механическое устройство повышает сложность такой системы заборника свежего воздуха.
Задачей настоящего изобретения является создание заборника свежего воздуха для воздушного судна, который имеет возможно более простую конструкцию, малый вес и возможно меньшее число движущихся деталей и обеспечивает достаточную подачу свежего воздуха для системы контроля состояния окружающей среды воздушного судна, которая главным образом работает без стравливаемого воздуха во время полета и при работе на земле, а именно, при самом низком возможном потреблении энергии расположенным ниже по течению компрессором.
Эта задача решена при помощи заборника свежего воздуха для воздушного судна в соответствии с настоящим изобретением, который содержит по меньшей мере один заборник набегающего потока воздуха по меньшей мере с одним отверстием заборника набегающего потока воздуха, по меньшей мере одно впускное отверстие вторичного воздуха, которое удалено от заборника набегающего потока воздуха и по меньшей мере одну установленную с возможностью перемещения створку, при этом указанная створка может перемещаться в первое положение и во второе положение, причем указанная створка по существу закрывает (перекрывает) впускное отверстие вторичного воздуха в первом положении, а во втором положении по меньшей мере частично открывает впускное отверстие вторичного воздуха и по меньшей мере в некоторых зонах заходит (выступает, выдвигается) в воздушный поток, направленный к отверстию заборника набегающего потока воздуха, чтобы экранировать отверстие заборника набегающего потока воздуха от посторонних объектов.
В заборнике свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением, отражательная заслонка, которая требуется для заборника набегающего потока воздуха, выполнена в виде створки, которая одновременно служит для закрывания другого впускного отверстия вторичного воздуха. Створка находится в первом положении в фазах полета воздушного судна, в которых достигнута относительно высокая скорость полета и воздушное судно находится на большой высоте над землей. Впускное отверстие вторичного воздуха может быть выполнено, например, в виде отверстия, которое расположено непосредственно на внешней поверхности воздушного судна. Это отверстие может быть выполнено, в частности, в области в нижней части фюзеляжа воздушного судна, причем указанное отверстие может быть, например, в обтекателе перехода крыло-фюзеляж. Для того чтобы закрывать впускное отверстие вторичного воздуха, створка плотно прилегает к кромкам впускного отверстия вторичного воздуха, так что создается гладкая, сплошная поверхность, когда впускное отверстие вторичного воздуха закрыто. В этом случае створка не мешает работе заборника набегающего потока воздуха, так что вся поверхность отверстия заборника набегающего потока воздуха используется для забора набегающего потока воздуха.
Во втором положении створки, впускное отверстие вторичного воздуха не закрыто створкой, так что все впускное отверстие вторичного воздуха позволяет принимать воздух из окружающей среды. Когда воздушное судно находится на земле и система контроля состояния окружающей среды включена, воздух может быть отобран из окружающей среды как через впускное отверстие вторичного воздуха, так и через заборник набегающего потока воздуха, и использован в системе контроля состояния окружающей среды. В этой связи необходимо соблюдать, чтобы створка была расположена на достаточном расстоянии от заборника набегающего потока воздуха, так чтобы вообще не существовало или существовало минимальное флюидное влияние между впускным отверстием вторичного воздуха и заборником набегающего потока воздуха при работе на земле. На низких скоростях, таких как, например, во время взлета и посадки воздушного судна, имеется также значительно расширенное впускное отверстие для окружающего воздуха заборника набегающего потока воздуха за счет совместного действия входной створки вторичного воздуха и отражательной заслонки в соответствии с настоящим изобретением.
Заборник свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением имеет ряд преимуществ по сравнению с известными ранее заборниками свежего воздуха. С одной стороны, потеря давления в заборнике свежего воздуха может быть уменьшена за счет увеличенной поверхности поперечного сечения на земле или в фазах полета с относительно низкой скоростью. Это приводит к значительному снижению потребления энергии любыми расположенными ниже по течению компрессорами или воздуходувками. Кроме того, интенсивность создаваемых потоком воздух шумов снижается, за счет более благоприятных параметров потока. Более того, особенно предпочтительным является такое построение заборника набегающего потока воздуха, при котором его используют только для фаз полета на крейсерском режиме. При этом нет необходимости в принятии компромиссных технических решений, которые ухудшают характеристики полета на крейсерском режиме для улучшения характеристик при работе на земле.
В соответствии с предпочтительным конструктивным вариантом заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением, впускное отверстие вторичного воздуха расположено выше по течению относительно заборника набегающего потока воздуха. Это благоприятно сказывается на одновременном использовании створки в качестве крышки (створки) для впускного отверстия вторичного воздуха и в качестве отражательной заслонки для заборника набегающего потока воздуха и возникает за счет того факта, что через расположенное выше по течению впускное отверстие вторичного воздуха окружающий воздушный поток проходит первым, так что створка для закрывания впускного отверстия вторичного воздуха, которая расположена в непосредственной близости от впускного отверстия вторичного воздуха, легко может быть выдвинута в воздушный поток, непосредственно втекающий в заборник набегающего потока воздуха.
В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, створка в ее втором положении главным образом расположена выше по течению относительно заборника набегающего потока воздуха и впускного отверстия вторичного воздуха. Это означает, что вся поверхность впуска воздуха между створкой и заборником набегающего потока воздуха доступна на земле и влияние скоростного напора на впускное отверстие вторичного воздуха сведено к минимуму при низких скоростях. Это также позволяет образовать относительно большое расстояние между створкой и отверстием заборника набегающего потока воздуха, так что створка создает меньшие помехи при работе заборника набегающего потока воздуха.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением, створка в ее втором положении главным образом расположена между заборником набегающего потока воздуха и впускным отверстием вторичного воздуха. Это позволяет уменьшить флюидные взаимные влияния между воздухом, введенным во впускное отверстие вторичного воздуха, и воздухом, втекающим в отверстие заборника набегающего потока воздуха. В этом случае особенно практичным является приспособление створки к форме заборника набегающего потока воздуха, так как это благоприятным образом позволяет уменьшить расстояние от створки от заборника набегающего потока воздуха и уменьшить влияние створки на поток, при этом впускное отверстие вторичного воздуха также может быть расположено относительно близко от передней стороны заборника набегающего потока воздуха, чтобы уменьшать гидравлические сопротивления расположенных ниже по течению воздушных каналов. Другой положительный эффект такой схемы размещения описан далее более подробно со ссылкой на другой предпочтительный дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения.
Предпочтительный конструктивный вариант заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит впускной канал вторичного воздуха, который соединен с впускным отверстием вторичного воздуха, а также содержит канал заборника набегающего потока воздуха, который соединен с отверстием заборника набегающего потока воздуха и с воздуховодом, причем впускной канал вторичного воздуха и канал заборника набегающего потока воздуха могут быть соединены с воздуховодом. Это позволяет объединять потоки во впускном отверстии вторичного воздуха и заборнике набегающего потока воздуха таким образом, что весь воздух, отбираемый от окружающей среды, поступает в общий воздуховод и может быть отведен, например, при помощи системы контроля состояния окружающей среды воздушного судна.
Кроме того, створка преимущественно может перемещаться в третье положение, в котором створка по меньшей мере частично заходит (выдвигается) в воздушный поток, для того чтобы направлять набегающий поток воздуха во впускное отверстие вторичного воздуха от поверхности воздушного судна и одновременно не ослаблять воздушный поток, который направлен в отверстие заборника набегающего потока воздуха. За счет такой схемы расположения, на которую преимущественно можно влиять, в частности, при помощи створки, расположенной между впускным отверстием вторичного воздуха и заборником набегающего потока воздуха, дополнительный поток массы (массовый расход) может быть создан на некоторых фазах полета и направлен в полете во впускное отверстие вторичного воздуха при помощи скоростного напора. В этом рабочем режиме заборника в соответствии с настоящим изобретением, створка открыта только настолько, что это еще не ослабляет воздушный поток, направленный к отверстию заборника набегающего потока воздуха, но при этом створка уже выступает в воздушный поток на такое расстояние, что ясно различимый поток массы, созданный за счет скоростного напора, вводится во впускное отверстие вторичного воздуха. Этот рабочий режима называют далее как "режим наддува".
Заборник свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением преимущественно также содержит стопорный клапан, который установлен во впускном канале вторичного воздуха. Это позволяет предотвращать обратное вытекание воздушного потока, поступившего в заборник набегающего потока воздуха, назад в окружающую среду воздушного судна через впускное отверстие вторичного воздуха, по причине относительно высокого скоростного напора в заборнике набегающего потока воздуха, особенно когда закрыто впускное отверстие вторичного воздуха. Так как впускное отверстие вторичного воздуха подвержено воздействию только статического давления окружающей среды, а отверстие заборника набегающего потока воздуха подвержено воздействию динамического давления набегающего потока воздуха (динамического скоростного напора), то образуется четкий перепад давления между указанными двумя отверстиями, который можно было бы компенсировать только за счет очень сильного всасывающего действия в воздуховоде, если бы не было стопорного клапана.
Поверхность (площадь) поперечного сечения воздуховода преимущественно по меньшей мере равна сумме поверхностей поперечного сечения впускного канала вторичного воздуха и канала заборника набегающего потока воздуха. Это позволяет исключить повышение гидравлического сопротивления потока массы, втекающего в воздуховод, и исключить появление пиков давления или вибраций на входе воздуховода.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением, предусмотрен аварийный вентиляционный канал, который может быть соединен с впускным каналом вторичного воздуха. За счет этого может быть создана или улучшена аварийная вентиляционная система, которая позволяет производить аварийную вентиляцию салона с использованием отобранного набегающего потока воздуха. Это ведет к дополнительному снижению веса. Комбинация впускного отверстия вторичного воздуха, заборника набегающего потока воздуха и аварийного заборника набегающего потока воздуха является особенно предпочтительной, когда створка находится в ее третьем положении и когда поступает также дополнительный набегающий поток воздуха из окружающей среды через впускное отверстие вторичного воздуха.
Кроме того, предпочтительным является использование установленной с возможностью перемещения аварийной вентиляционной входной створки в аварийном вентиляционном канале и отключение аварийной вентиляции через впускное отверстие вторичного воздуха и заборник набегающего потока воздуха при нормальном полете воздушного судна, причем, однако, аварийная вентиляция по запросу вновь может быть включена за счет открывания аварийной вентиляционной входной створки.
Заборник свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением преимущественно дополнительно содержит исполнительный механизм для перемещения аварийной вентиляционной входной створки, для того, чтобы открывать или закрывать сообщение между аварийным вентиляционным каналом и впускным каналом вторичного воздуха. Это позволяет открывать аварийную вентиляционную входную створку путем нажатия на кнопку управления или автоматически с использованием соответствующего контроллера или блока управления.
В предпочтительном конструктивном варианте заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением в воздуховоде расположен компрессор для подачи воздуха. Компрессор в первую очередь необходим для сжатия свежего воздуха с учетом перепада давления около 0.5 бара или больше между окружающей средой воздушного судна и салоном в режиме полета на крейсерском режиме, а также с учетом дополнительного гидравлического сопротивления в каналах и системах обработки воздуха. Так как полностью открыто впускное отверстие вторичного воздуха и отверстие заборника набегающего потока воздуха, то потребление энергии компрессором может быть снижено по сравнению с известными ранее устройствами, так как гидравлическое сопротивление значительно снижено за счет относительно большой поверхности впускных отверстий.
Кроме того, створка преимущественно установлена с возможностью поворота на оси шарнира. Это может быть реализовано при помощи очень простой механической конструкции, с использованием одного из множества серийных усовершенствованных и имеющих простое техническое обслуживание компонентов.
Кроме того, заборник свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением преимущественно содержит исполнительный механизм для перемещения створки, которым может быть электрический, гидравлический или пневматический исполнительный механизм. Этот исполнительный механизм может быть расположен в непосредственной близости от створки, что позволяет снизить расходы, связанные с механическими исполнительными элементами.
Наконец, воздуховод, канал заборника набегающего потока воздуха и/или впускной канал вторичного воздуха преимущественно содержит по меньшей мере один теплообменник. За счет этого может быть исключена необходимость в дополнительном конструктивном пространстве и могут быть исключены расходы, связанные со встраиванием теплообменника системы контроля состояния окружающей среды или других систем. Эта мера в первую очередь подходит для относительно небольших систем, которые не ухудшают основную функцию заборника свежего воздуха и для которых достаточен воздушный поток, создаваемый в соответствующем канале.
Задачи настоящего изобретения в конечном счете также могут быть решены за счет использования на воздушном судне заборника свежего воздуха, имеющего описанные здесь выше характеристики. Задачи настоящего изобретения также могут быть решены при помощи воздушного судна, которое содержит по меньшей мере один описанный здесь выше заборник свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых аналогичные детали имеют одинаковые позиционные обозначения. В этом отношении все описанные и/или графически показанные характеристики также образуют предмет настоящего изобретения, индивидуально и в случайной комбинации, вне зависимости от их состава в индивидуальных пунктах формулы изобретения или ссылок на другие пункты формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично показан заборник свежего воздуха в соответствии с известным уровнем техники, с выдвинутой отражательной заслонкой.
На фиг.2 схематично показан заборник свежего воздуха в соответствии с известным уровнем техники, с отведенной отражательной заслонкой.
На фиг.3 показан первый примерный вариант осуществления заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением, с выдвинутой створкой.
На фиг.4 показан второй примерный вариант осуществления заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением, с выдвинутой створкой.
На фиг.5 показан второй примерный вариант осуществления заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением, с отведенной створкой.
На фиг.6 показан второй примерный вариант, со створкой в режиме наддува.
На фиг.7 схематично показана эффективная поверхность набегающего потока воздуха второго примерного варианта в режиме наддува.
На фиг.8 показан график снижения потребления энергии компрессором в режиме наддува.
На фиг.9 показан третий примерный вариант осуществления заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.10 схематично показан третий примерный вариант с закрытой входной створкой аварийной вентиляции.
На фиг.11а-с показан обзор заборников набегающего потока воздуха, имеющих различную конфигурацию.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показан заборник 2 свежего воздуха в соответствии с известным уровнем техники, который расположен, например, на обратной (нижней) стороне фюзеляжа 4 воздушного судна. Заборник свежего воздуха 2 содержит отверстие 6 заборника набегающего потока воздуха, которое обращено в направлении 8 полета. Отражательная заслонка 10 расположена выше по течению относительно отверстия 6 заборника набегающего потока воздуха и установлена на фюзеляже 4 воздушного судна таким образом, что она может совершать поворот относительно шарнира 12. Исполнительный механизм 14 соединен с отражательной заслонкой 10 для осуществления ее поворота. Как это показано на фиг.1, отражательная заслонка 10 выдвинута и выступает наружу из поверхности фюзеляжа 4 воздушного судна. Объекты, которые движутся в направлении заборника 2 набегающего потока воздуха, противоположном направлению полета 8, будут удерживаться за счет отражательной заслонки 10. Этими объектами могут быть, например, посторонние материалы в виде частиц, пыли и т.п.Канал 16 набегающего потока воздуха соединен с заборником 2 свежего воздуха для того, чтобы перемещать набегающий поток воздуха, введенный в заборник 2 набегающего потока воздуха, через отверстие 6 заборника набегающего потока воздуха. Компрессор 18, расположенный внутри этого канала 16 набегающего потока воздуха, служит для забора воздуха из окружающей среды во время наземной эксплуатации, а также для сжатия введенного набегающего потока воздуха и перемещения этого набегающего потока воздуха к системе контроля состояния окружающей среды и т.п., во время летной эксплуатации.
На фиг.2 показан заборник 2 свежего воздуха, показанный на фиг.1, однако с отведенной отражательной заслонкой 10. За счет этого, отверстие 6 заборника набегающего потока воздуха может забирать набегающий поток воздуха из окружающей среды без ослабления за счет отражательной заслонки 10. Это происходит в крейсерском режиме, когда не ожидают наличия посторонних летящих объектов, которые могут повреждать заборник 2 набегающего потока воздуха.
На фиг.3 показан первый примерный вариант осуществления заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением. Показан заборник 20 набегающего потока воздуха, который соединен с каналом 22 заборника набегающего потока воздуха. Впускное отверстие 26 вторичного воздуха, которое соединено с впускным каналом 28 вторичного воздуха, расположено рядом с заборником 20 в направлении полета 24, то есть выше по течению относительно заборника 20. Створка 30 расположена выше по течению относительно впускного отверстия 26 вторичного воздуха и установлена на внешней поверхности 34 воздушного судна с возможностью поворота относительно шарнира 32. В показанном примере, створка 30 выступает наружу из внешней поверхности 34 воздушного судна и, таким образом, расположена в воздушном потоке, направленном к отверстию 36 заборника набегающего потока воздуха. Впускной канал 28 вторичного воздуха и канал 22 заборника набегающего потока воздуха соединены с воздуховодом 38, причем площадь (A3) поперечного сечения воздуховода 38 по меньшей мере соответствует сумме площадей поперечного сечения впускного канала 28 вторичного воздуха (А1) и канала 22 набегающего потока воздуха (А2). Указанным образом реализуется почти совершенно оптимальная непрерывность потока от двух различных показанных источников.
Показанная схема расположения с выдвинутой створкой 30, открытым впускным отверстием 26 вторичного воздуха и заборником 20 набегающего потока воздуха, расположенным ниже по течению относительно створки 30, относится, в частности, к ситуации нахождения воздушного судна на земле или во время взлета и посадки. В этом случае, створка 30 действует как отражательная заслонка, описанная здесь выше со ссылкой на фиг.1 и 2. Так как отверстие 36 заборника набегающего потока воздуха совсем не подвержено воздействию скоростного напора или подвержено воздействию только малого скоростного напора на земле или когда воздушное судно летит поблизости от земли на низких скоростях, то имеющая поверхность впускного отверстия для забора давления снаружи может быть существенно расширена за счет выдвинутой створки 30. Это уменьшает гидравлическое сопротивление в точке входа воздуха в воздушное судно, так что может быть снижено потребление энергии имеющимся компрессором (на фиг.2 не показан).
На фиг.3 дополнительно показан стопорный клапан 40, который служит для предотвращения обратного течения воздуха в окружающую среду через впускной канал 28 вторичного воздуха и впускное отверстие 26 вторичного воздуха, поступившего в отверстие 36 заборника набегающего потока воздуха. Это обратное течение может возникать, когда воздушное судно движется и отверстие 36 заборника набегающего потока воздуха подвержено воздействию значительного скоростного напора, так что полное давление у отверстия 36 заборника набегающего потока воздуха превышает статическое давление окружающей среды у впускного отверстия 26 вторичного воздуха.
На фиг.4 показан второй примерный вариант осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, в котором створка 30 и шарнир 32 расположены между впускным отверстием 26 вторичного воздуха и отверстием 36 заборника набегающего потока воздуха. На фиг.4 показана схема расположения, которую используют, когда воздушное судно находится на земле, или которую используют при его взлете и посадке. Створка 30 действует как отражательная заслонка для заборника 20 набегающего потока воздуха и не позволяет поступать в него объектам, которые могут быть захвачены окружающими вихрями и которые при поступлении могли бы разрушать заборник 20 набегающего потока воздуха.
На фиг.4 дополнительно показан компрессор 42 (или воздуходувка), который перемещает воздух от двух отверстий 26 и 36 в систему контроля состояния окружающей среды или к другому потребителю через воздуховод 38.
На фиг.5 показан второй примерный вариант осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, с закрытой створкой 30, что используют в нормальном крейсерском режиме. Наружная поверхность 34 является возможно более гладкой в области впускного отверстия 26 вторичного воздуха, так что не создается дополнительное гидравлическое сопротивление в этой области и заборник 20 набегающего потока воздуха может беспрепятственно забирать набегающий поток воздуха из окружающей среды.
Другой вариант работы устройства в соответствии со вторым примерным вариантом осуществления настоящего изобретения показан на фиг.6. В этом случае, створка 30 находится в третьем положении, расположенном между полностью закрытым положением ("первым положением") и полностью выдвинутым положением ("вторым положением"). Створка 30 выдвигается только так далеко, чтобы заборник 20 набегающего потока воздуха мог главным образом беспрепятственно забирать набегающий поток воздуха из окружающей среды, однако при этом створка 30 выдвигается в воздушный поток таким образом, что дополнительный набегающий поток воздуха поступает во впускное отверстие 26 вторичного воздуха. При этом полная эффективная поверхность набегающего потока воздуха воздухозаборника в соответствии с настоящим изобретением будет больше чем только поверхность отверстия 36 заборника набегающего потока воздуха.
Увеличение эффективной поверхности набегающего потока воздуха поясняется схемой, показанной на фиг.7. В сечении, перпендикулярном продольной оси воздушного судна, хорошо видно, что исходная поверхность набегающего потока воздуха, образованная отверстием заборника 36 набегающего потока воздуха, может быть дополнительно увеличена при помощи створки 30, которая находится в третьем положении. В виде сверху заборника 20 набегающего потока воздуха, кромка створки 30, которая обращена в направлении удаления от наружной поверхности 34 воздушного судна, совпадает с верхней кромкой отверстия 36 заборника набегающего потока воздуха, при этом створка образует другую поверхность 44 набегающего потока воздуха, которая простирается до наружной поверхности 34 воздушного судна. За счет этого, скоростной напор выше по течению относительно компрессора 42 может быть увеличен настолько, что компрессор можно будет проектировать на меньший диапазон отношений давления, чем изменения давления в случае известных ранее устройств. Компрессор салона часто доходит до предела своей производительности, особенно при максимальном перепаде давления между пассажирским салоном и окружающей средой. Заборник свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением позволяет снизить требуемую мощность компрессора и уменьшить пики давления за счет так называемого "режима наддува". Это применимо, в частности, к одноступенчатым компрессорам с геометрией фиксированных лопастей, которые являются предпочтительными для использования на воздушном судне благодаря их простоте и надежности.
За счет дополнительного скоростного напора, который создается при помощи увеличенной поверхности набегающего потока воздуха, реализованной за счет частично открытой створки 30, достигается допустимое отношение давления компрессора салона. Это дополнительно поясняется при помощи показанного на фиг.8 графика зависимости потока массы (массового расхода) от отношения давления компрессора. Предельный выброс 46 определяет предельную производительность компрессора и зависит от его механической конструкции. Этот график показывает, например, что увеличение эффективной поверхности набегающего потока воздуха, которое достигается при помощи створки 30, позволяет снизить отношение давления от рабочей точки 48 до новой рабочей точки 50, которая лежит внутри реализуемого диапазона ниже предельного выброса 46 использованного компрессора.
На фиг.9 показан третий примерный вариант осуществления заборника свежего воздуха в соответствии с настоящим изобретением. В этом случае используют дополнительный аварийный вентиляционный канал 52, который объединен и соединен с впускным каналом 28 вторичного воздуха. Аварийная вентиляционная входная створка 54, которая расположена между аварийным вентиляционным каналом 52 и впускным каналом 28 вторичного воздуха, установлена с возможностью перемещения на шарнире 56 внутри аварийного вентиляционного канала 52. За счет показанной схемы расположения, воздух также может быть впущен в аварийный вентиляционный канал 52 через впускное отверстие 26 вторичного воздуха, в частности, когда створка 30 находится в "режиме наддува". Необходимо специально подчеркнуть, что в этой схеме расположения дополнительный стопорный клапан 58 установлен внутри канала 22 заборника набегающего потока воздуха. За счет этого, набегающий поток воздуха, поступивший через впускное отверстие 26 вторичного воздуха, не может протекать назад наружу через отверстие 36 заборника набегающего потока воздуха.
Аварийная вентиляционная входная створка 54 внутри аварийного вентиляционного канала 52 может быть выполнена в виде трехходового клапана, так что могут быть осуществлены все три различных рабочих режима. С одной стороны, аварийная вентиляционная входная створка 54 может находиться в своем положении, показанном на фиг.9, так что набегающий поток воздуха поступает в воздуховод 38 и в аварийный вентиляционный канал 52 через впускное отверстие 26 вторичного воздуха.
На фиг.10 показано другое положение аварийной вентиляционной входной створки 54 аварийного вентиляционного канала 52, в котором набегающий поток воздуха, втекающий во впускное отверстие 26 вторичного воздуха, не может поступать в аварийный вентиляционный канал 52 и поступает только в воздуховод 38. Также может быть реализован вариант, в котором аварийная вентиляционная входная створка 54 аварийного вентиляционного канала 52 перемещается в другое положение, в котором блокирована связь между впускным отверстием 26 вторичного воздуха и воздуховодом 38, так что набегающий поток воздуха из впускного отверстия 26 вторичного воздуха может быть введен только в аварийный вентиляционный канал 52.
Преимуществом схем расположения, показанных на фиг.9 и 10, является то, что могут быть исключены дополнительные отверстия в фюзеляже и исключены створки набегающего потока воздуха для впуска аварийной вентиляции. Это позволяет снизить вес, уменьшить необходимое пространство для установки и прямые издержки. Кроме того, могут быть исключены некоторые секции канала или трубы, так как канал (или труба) может быть использован для выполнения различных функций, например, для подачи вторичного воздуха и для аварийной вентиляции.
В заключение, на фиг.11а-11с показаны возможные конфигурации заборников набегающего потока воздуха, что позволяет понять, что настоящее изобретение не ограничено использованием показанного заборника набегающего потока воздуха в виде гондолы. Напротив, могут быть использованы все типы заборников набегающего потока воздуха, которые позволяют вводить набегающий поток воздуха и направлять его в трубу или канал.
СПИСОК ПОЗИЦИОННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
2 Заборник свежего воздуха
4 Фюзеляж воздушного судна
6 Впускное отверстие набегающего потока воздуха
8 Направление полета
10 Отражательная заслонка
12 Шарнир
14 Исполнительный механизм
16 Канал набегающего потока воздуха
18 Компрессор
20 Заборник набегающего потока воздуха
22 Впускной канал набегающего потока воздуха
24 Направление полета
26 Впускное отверстие вторичного воздуха
28 Впускной канал вторичного воздуха
30 Створка
32 Шарнир
34 Внешняя поверхность воздушного судна
36 Впускной канал набегающего потока воздуха
38 Канал свежего воздуха
40 Стопорный клапан
42 Компрессор
44 Поверхность набегающего потока воздуха
46 Предельный выброс
48 Рабочая точка компрессора
50 Новая рабочая точка компрессора
52 Аварийный вентиляционный канал
54 Аварийная вентиляционная входная створка
56 Шарнир
58 Стопорный клапан