СИСТЕМА ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКИПАЖА МАНЕВРЕННОГО САМОЛЕТА

Предложение касается полезной модели, как объекта промышленной собственности, и относится к области авиационного оборудования, в частности к оборудованию для обеспечения жизнедеятельности экипажа самолета.
Маневренные самолеты выполняют полеты на высотах, где жизнедеятельность экипажа невозможна без применения специальных средств, обеспечивающих микроклимат в гермокабине по отдельным параметрам среды близким к наземным условиям. К этим параметрам среды можно отнести давление в гермокабине, температурные условия, обеспечение потребностей человека воздухом, насыщенным кислородом. Давление в гермокабине обеспечивается специальными регуляторами, например, регулирования давления [1]. Но для их нормальной работы необходима подача в гермокабину предварительно подготовленного воздуха от маршевых двигателей, что выполняется системой кондиционирования воздуха, которая обеспечивает требуемый расход
воздуха, поступающего в гермокабину, а также обеспечивает необходимые температурные условия подаваемого воздуха и воздуха в гермокабине.
Особые требования для высоколетающих маневренных самолетов предъявляются по обеспечению членов экипажа кислородным питанием, которое осуществляется специальной бортовой кислорододобывающей установкой, для которой также требуется подача подготовленного воздуха от системы кондиционирования.
Параметры потребного воздуха от системы кондиционирования для разных потребителей могут отличаться друг от друга. Так для обеспечения безопасной работы турбохолодильника требуется ограничение максимального давления воздуха, поступающего на его вход, так как на больших высотах полета из-за малой загруженности вентилятора (большое разрежение забортного воздуха) турбохолодильник будет работать с большой скоростью вращения ротора, что может привести к его разрушению.
С другой стороны, кислорододобывающая установка работает только при наличии определенного давления поступающего воздуха. Поэтому требуется ограничение минимального давления воздуха.
Целью настоящего предложения (ожидаемым техническим результатом) является обеспечение одновременной работы кислорододобывающей установки и турбины системы кондиционирования воздуха, что обеспечивает выполнение требований жизнеобеспечения экипажа самолета в полном объеме по давлению в гермокабине, температурному режиму, расходу воздуха и кислородному питанию.
Известна система кондиционирования маневренного летательного аппарата [2], содержащая источник сжатого воздуха и последовательно установленные в трубопроводе подачи кондиционируемого воздуха от двигателей регулятор избыточного давления, теплообменник и турбохолодильник.
Недостатком этой системы является то, что она не содержит элементов для автоматического обеспечения среды в гермокабине, в том числе по регулированию температурного режима и по кислородному питанию экипажа,
так как при режиме снижения, когда давление на выходе от двигателей становится малым, то при постоянном расходе воздуха давление на установку кислородного добывания может быть менее допустимого значения, что ведет к снижению ее производительности.
В другом случае, когда двигатель работает на максимальном режиме (режим взлета), давление перед турбохолодильником может возрастать до предельно-допустимого, когда могут разрушаться подшипники турбохолодильной установки.
Известна также система жизнеобеспечения маневренного самолета [3], принятая за прототип и содержащая последовательно установленные в линии подачи кондиционированного воздуха от двигателей регулятор избыточного давления, теплообменник и пневматический дроссель в виде ограничительной трубки Вентури и турбину, соединенную общим валом с вентилятором, вход которого сообщен с выходом продувочной полости теплообменника, при этом вход пневматического дросселя снабжен измерителем давления и сообщен с выходом турбины посредством трубопровода с регулируемой регулятором температуры заслонкой. После ограничительной трубки и входом на турбохолодильник имеется линия отбора воздуха на кислорододобывающую установку.
Недостатком такого исполнения системы жизнеобеспечения является то, что система не может обеспечить ограничение от превышения оборотов турбохолодильника при работе на больших высотах, когда давление забортного воздуха не позволит загрузить (тормозить) вентилятор турбохолодильной установки, что может привести к повышению оборотов ротора и к заклиниванию турбины.
С другой стороны, последовательная установка регулятора давления и ограничительной трубки позволяют при больших давлениях отбора от двигателя обеспечить постоянный расход воздуха, поступающего в гермокабину. Но при малых давлениях (режим малого газа - снижение) не обеспечивается
необходимое давление воздуха на кислорододобывающую установку, что является существенным недостатком известного решения.
Целью настоящего предложения является обеспечение ограничения оборотов турбохолодильника, что исключает его отказы в работе, и одновременно выполняется обеспечение воздухом с необходимым давлением кислорододобывающей установки, что в совокупности повышает выполнение условий жизнедеятельности экипажа самолета, как при выполнении полетных задач, так и при покидании самолета.
Поставленная цель достигается тем, что:
1. Пневматический дроссель установлен в трубопроводе на выходе теплообменника и охвачен параллельным трубопроводом с установленным в нем переменным дросселем, например электрозаслонкой, управляемой регулятором давления за пневмодросселями перед турбохолодильником, дополнительно оснащенным измерителем оборотов вала.
2. От трубопровода перед пневматическим дросселем выполнен отбор воздуха на кислорододобывающую установку.
3. Регулятор давления перед турбохолодильником содержит два задатчика давления в рабочих зонах максимально и минимально допустимого давления, подключенных каждый к своему сумматору задание-параметр (давление), при этом к сумматору максимально-допустимого давления подключен также вычислитель функциональной зависимости давления от оборотов вала турбохолодильника, а к входу регулятора давления указанные сумматоры подключены посредством определителя зоны рабочего параметра (давления).
В результате анализа технической и патентной литературы в данной области техники не обнаружено технических решений, которые обладали бы признаками, отличающими заявленное техническое решение от прототипа [3]. Следовательно, заявленный объект отвечает требованию «новизна». Заявляемая
полезная модель является промышленно приемлемой, что подтверждается следующим описанием со ссылками на чертежи.
На чертеже, лист 1, изображена схема системы жизнеобеспечения экипажа маневренного самолета, на листе 2 - структура регулятора давления воздуха перед турбохолодильной установкой и график регулируемых зависимостей давления перед турбохолодильной установкой от высоты полета самолета, с указанием зон регулирования давления S1, S2 и S3.
Система состоит из источника 1 давления воздуха от двигателя и трубопровода, на входе которого установлен регулятор избыточного давления 2. Далее трубопровод разделяется на две линии; линии охлаждения воздуха 3 и обводной линии 4 с регулирующей заслонкой 5 регулирования температуры за турбохолодильником 6, управляемой от регулятора температуры 7.
В линии охлаждения 3 установлены теплообменник 8, линия 3 имеет также постоянный 9 и параллельно ему расположенный переменный 10 (заслонка) дроссели и турбохолодильник с вентилятором 11, вход последнего сообщен трубопроводом 12 с продувочной полостью, вышеуказанного теплообменника 8. Выход турбохолодильника сообщен с гермокабиной.
К линии за теплообменником 8 перед пневматическими дросселями 9 и 10 подключена кислорододобывающая установка 13, а перед турбохолодильником после пневматических дросселей, установлен датчик давления 14, связанный по параметрической линии 15 с блоком 16 задатчиков максимального и минимального допустимых давлений. При этом турбохолодильник оснащен датчиком 17 оборотов вала турбохолодильника, который через вычислитель 18 функциональной зависимости смещения давления от оборотов ротора турбохолодильника подключен (см. лист 2) параллельно задатчику 19 максимально допустимого давления.
Задатчик 19 максимально допустимого давления через элемент выбора 20.1 задания подключен к общему сумматору 21, к которому подключен задатчик 22 минимально допустимого давления через элемент выбора 20.2. Выход сумматора 21 подключен на вход регулятора давления 23, управляющего
щего электрозаслонкой (переменный пневматический дроссель 10). В гермокабине установлен датчик температуры 24, подключенный к регулятору температуры 7.
Система жизнеобеспечения экипажа маневренного самолета функционирует следующим образом.
Когда самолет находится на взлетном режиме, давление воздуха, поступающего от двигателей, велико. Поэтому после регулятора избыточного давления 2 давление велико и находится в зоне S1 над линией среднего задания S3. Следовательно, на общий сумматор 21 через элемент выбора сигнала 20.1 поступает сигнал рассогласования величины давления воздуха от датчика давления 14 и величины заданного значения давления от задатчика 19 максимально допустимого давления. При этом элемент выбора сигнала 20.2 заперт, так как давление, измеренное датчиком давления 14, не находится ниже среднего давления S3. Сигнал с общего сумматора 21 воздействует на регулятор давления 23, который, изменяя сечение переменного дросселя 10, отрегулирует давление перед турбохолодильником до значения S1, величина которого определяется при проектировании в зависимости от летных характеристик самолета. Если обороты ротора турбохолодильника становятся значительными, что может произойти за счет малой загрузки вентилятора 11 турбохолодильника 6 на больших высотах полета из-за малой величины забортного давления, в работу вступает вычислитель 18 смещения задания в зависимости от оборотов ротора турбохолодильника 6, сигнал которого суммируется с сигналом задатчика 19, что вызовет работу регулятора давления 23 на уменьшение давления перед турбохолодильником 6, вследствие чего заслонка (переменный дроссель 10) прикрывается. Тем самым обеспечивается защита турбохолодильника от разрушения.
Таким образом, на взлетном режиме и других режимах полета для уменьшения давления перед турбохолодильником суммарное гидравлическое сопротивление постоянного дросселя 9 и переменного дросселя 10 должно увеличиваться, а при увеличении - давление должно уменьшаться.
Так как в этом случае перепад давления на суммарном дросселе значительно велик, то давление воздуха перед дросселями 9 и 10 будет выше, чем перед турбохолодильником, что обеспечит успешную работу кислорододобывающей установки 13, для которой высокое давление воздуха безопасно.
На режиме снижения самолета давление воздуха, отбираемого от двигателей, становится ниже среднего значения S3, и возможность отбора воздуха по расходу снижается. Поэтому совместная работа системы кондиционирования и кислорододобывающей установки обеспечивается с уменьшенным расходом воздуха. В этом случае система настраивается на полное выполнение требований по работе кислорододобывающей установки в ущерб работе системы кондиционирования.
При давлении воздуха, отбираемого от двигателей, менее среднего S3 в работу включается элемент выбора 20.2 и выключается из работы элемент выбора 20.1.
На регулятор давления 23 поступает сигнал рассогласования давления задания с задатчика 22 и давления перед турбохолодильником 6, измеряемого датчиком давления 14. Регулятор давления будет регулировать давление перед турбохолодильником равным наперед заданному значению S2. Следовательно, при уменьшении давления заслонка (переменный дроссель 10) будет закрываться, при увеличении - открываться. Прикрытие заслонки увеличивает гидравлическое сопротивление дросселя 10, что ведет к уменьшению расхода воздуха через турбохолодильник 6.
В линии смешения потоков воздуха от турбохолодильника 6 и от обводной линии 4 с регулирующей заслонкой регулятора температуры 7 изменится баланс теплосодержания воздуха из-за уменьшения расхода воздуха с постоянной температурой через турбохолодильник 6. Следовательно, температура смеси повысится. Так как задание на поддержание температуры остается неизменным, регулятор температуры 7 начнет прикрывать заслонку 5, что еще больше уменьшит суммарный расход воздуха. Уменьшение расхода воздуха приведет к снижению гидравлического сопротивления на теплообменнике
8 при неизменном давлении от источника давления 1. При этом регулятор избыточного давления 2 полностью открыт, так как давление отбора ниже задания на регуляторе. И, следовательно, давление воздуха в линии охлаждения повысится, что обеспечит получение необходимого давления на входе кислорододобывающей установки 13.
Заявляемое техническое решение обеспечивает жизнедеятельность экипажа маневренного самолета на всех режимах полета и по всем требуемым параметрам микроклимата, кислородному составу воздуха в гермокабине 25.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Заявка per. №2008109335 «Регулятор давления воздуха в гермокабине маневренного самолета» от 11.03.2008 г.
2. Авторское свидетельство 1452040, Кл. 64D 13/06 от 08.06.1987 г.
3. Самолет Як-130. Руководство по технической эксплуатации. Книга 1. Часть 1. Система кондиционирования воздуха, стр.1-3.