УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОДОГРЕВА ПОЛА В ВОЗДУШНОМ СУДНЕ
AIRCRAFT FLOOR HEATING DEVICE AND METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам и способам обогрева пола в воздушных суднах.
Уровень техники
Из-за непосредственного контакта между полом и конструкцией самолета происходит утечка тепла из зоны кабины в направлении наружной обшивки. Когда температура окружающего воздуха низкая, как в случае нормального высотного полета самолета, или на земле во время холодной погоды, такая потеря тепла означает, что пол самолета остывает. В пассажирском самолете у пассажиров могут замерзать ноги, а в грузовых самолетах на полу может даже образовываться лед. Чтобы решить эти проблемы, обычно практикуется обогрев пола посредством электрических обогревающих матов. Однако покрывать всю поверхность пола или хотя бы большой участок пола такими обогревающими матами дорого, а, кроме того, во время работы такие обогревающие маты потребляют значительное количество электроэнергии, которую приходится генерировать в самолете, что увеличивает расход топлива самолетом.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является оптимальное решение проблемы обогрева пола воздушного судна, например, самолета, при этом решение проблемы должно, по возможности, исключить необходимость генерирования дополнительного тока.
Согласно настоящему изобретению, указанная проблема решается при помощи системы обогрева пола воздушного судна, которая охарактеризована в пункте 1 формулы изобретения, и за счет способа обогрева пола воздушного судна в соответствии с п.16 формулы изобретения.
Способ, соответствующий настоящему изобретению, использует тот факт, что современный самолет оснащен большим количеством электронной аппаратуры, которая для обеспечения ее правильного функционирования охлаждается воздухом. Этот теплый отработавший воздух, который образуется в результате охлаждения электронного оборудования самолета, доступен для использования практически бесплатно, и, в соответствии со способом, предлагаемым настоящим изобретением, его пропускают через полости в панелях, которые образуют пол воздушного судна. Таким образом, пол воздушного судна используется в качестве теплообменника между горячим отработавшим воздухом системы охлаждения электроники и холодной силовой конструкцией воздушного судна, посредством чего на поверхности пола достигается температура, комфортная для пассажиров и способная предотвратить образование льда на полу грузового воздушного судна.
Предпочтительно, чтобы теплый отработавший воздух пропускался через панели пола по длине воздушного судна, и, особенно желательно - в направлении, противоположном направлению полета. Это дает возможность легко передать теплый отработавший воздух после его прохождения через полости панелей, которые образуют пол, через внутренние панели люка грузового отсека воздушного судна, чтобы заодно осуществить обогрев и люка. В соответствии с вариантом способа, предлагаемого настоящим изобретением, теплый отработавший воздух после прохождения через внутренние панели люка грузового отсека выходит внутрь фюзеляжа воздушного судна. Как вариант, естественно, могут быть предусмотрены и другие способы выпуска теплого отработавшего воздуха, использованного для обогрева пола и люка грузового отсека.
В особо предпочтительном варианте способа, соответствующего настоящему изобретению, теплый отработавший воздух образуется в отсеке авиационного электрооборудования воздушного судна, который на жаргоне специалистов часто именуется «отсеком авионики», и в котором сосредоточен большой объем электронного оборудования самолета. Такой отсек авионики обычно располагается в передней части самолета под кабиной экипажа. Конечно, в соответствии с настоящим изобретением, для обогрева пола и/или люка грузового отсека может быть использован любой теплый отработавший воздух, образовавшийся в результате охлаждения электронных компонентов. В зависимости от обстоятельств, для пола и/или люка грузового отсека требуются несколько подающих магистралей, чтобы передать теплый отработавший воздух от различных мест, где располагается электронное оборудование, к полу и/или люку грузового отсека.
Если теплый отработавший воздух, который образуется при охлаждении электронного оборудования самолета, имеет недостаточно высокую температуру и/или его количество недостаточно, чтобы как следует обогреть пол и/или люк грузового отсека, то, в развитие способа, соответствующего настоящему изобретению, предлагается теплый отработавший воздух, поступающий от электронного оборудования, смешивать с горячим воздухом, отобранным от двигателя. Горячий воздух от двигателей имеется в достаточном количестве. Желательно, чтобы подмешивание горячего воздуха, отбираемого от двигателей, происходило до того, как теплый отработавший воздух, поступающий от электронного оборудования, будет подан в полости панелей пола.
В слегка модифицированном варианте способа, соответствующего настоящему изобретению, отработавший воздух, полученный при охлаждении электронного оборудования самолета, смешивают с горячим воздухом, отобранным от двигателя, в двух точках, одна из которых находится перед подачей отработавшего воздуха на обогрев пола, а другая - перед подачей отработавшего воздуха на обогрев люка грузового отсека, т.е. после прохождения отработавшего воздуха через пол. При таком способе количество тепла, сообщаемого полу и люку грузового отсека, можно устанавливать индивидуально.
Как вариант, и/или дополнительно к подмешиванию горячего воздуха от двигателя, если количество тепла, содержащееся в отработавшем воздухе, поступающем от электронного оборудования, недостаточно для необходимого обогрева пола и/или люка грузового отсека, панели, которые образуют пол, и/или соответствующие элементы люка грузового отсека оснащают дополнительным электрическим обогревом. При таком способе дополнительный электрический обогрев производит лишь добавочное количество тепла, которое необходимо для надлежащего обогрева пола и/или люка грузового отсека, так что данный вариант способа, в соответствии с настоящим изобретением, в отношении затрат энергии является более экономичным, чем стандартные решения, основанные чисто на электрическом обогреве.
В соответствии с предпочтительным вариантом способа, и согласно настоящему изобретению, в панелях пола или люка грузового отсека создают принудительный поток воздуха, например, посредством вентиляторов или подобных устройств, чтобы оптимизировать и выровнять передачу тепла.
Система обогрева пола воздушного судна в соответствии с настоящим изобретением включает в себя первые непрерывные полости, сформированные внутри панелей, которые образуют пол самолета. С первыми полостями соединена питающая магистраль для подачи теплого отработавшего воздуха, который образуется при охлаждении электронного оборудования воздушного судна. Таким образом, вышеупомянутый теплый воздух может быть использован конкретно для обогрева пола воздушного судна.
Желательно, чтобы первые полости в панелях проходили по длине воздушного судна. Теплый отработавший воздух может тогда протекать через пол в направлении, противоположном направлению полета, и в конце грузового отсека или кабины самолета он может быть использован для обогрева еще и других узлов. С этой целью, согласно другому варианту системы обогрева пола, соответствующей настоящему изобретению, первые полости соединены с возможностью передачи потока со вторыми полостями, которые предусмотрены во внутренних панелях люка грузового отсека воздушного судна. После прохождения через первые полости для обогрева пола, теплый отработавший воздух может затем пройти через вторые полости в панелях люка грузового отсека, чтобы также произвести обогрев и указанного люка. Вторые полости могут свободно выходить внутрь фюзеляжа самолета, но для выпуска отработавшего воздуха из вторых полостей могут быть предусмотрены и отдельные выпускные магистрали.
В предпочтительных вариантах осуществления системы обогрева пола питающая магистраль, связанная с первыми полостями, служит для соединения первых полостей с ранее упоминавшимся отсеком авиационного электронного оборудования самолета. Если теплый отработавший воздух, образованный при охлаждении электронного оборудования, должен быть передан еще из одной точки или из нескольких точек самолета к первым полостям, то питающая магистраль должна иметь соединение по потоку с такой одной или несколькими точками. Могут также быть использованы несколько отдельных питающих магистралей, каждая из которых передает теплый отработавший воздух от места расположения электронного оборудования к первым полостям.
В соответствии с дальнейшим вариантом системы обогрева пола и согласно настоящему изобретению предусматривается дополнительная питающая магистраль, которая соединяет первые полости с горячим воздухом, отбираемым от двигателя. Если отработавшего воздуха, охлаждавшего электронное оборудование, недостаточно в смысле его количества и/или температуры, то в первые полости может быть добавлен дополнительный теплый воздух от другого источника, который имеется в достаточном количестве. Если требуется, горячий воздух, отбираемый от двигателя, может также нагревать пол и/или люк грузового отсека и без участия отработавшего воздуха, образуемого при охлаждении электронного оборудования. Дополнительную питающую магистраль желательно расположить таким образом, чтобы горячий воздух от двигателя мог смешиваться с отработавшим воздухом системы охлаждения электронного оборудования самолета перед входом в первые полости. При желании, или если требуется, питающие магистрали могут содержать регулирующие клапаны, которые вместе с датчиками температуры устанавливают заданную температуру воздушной смеси, при которой смесь отработавшего воздуха системы охлаждения электронного оборудования и горячего воздуха, отбираемого от двигателя, поступает в первые полости.
Как вариант, горячий воздух, отбираемый от двигателя, можно смешивать с теплым отработавшим воздухом, образуемым при охлаждении электронного оборудования воздушного судна, в нескольких точках, например, перед поступлением отработавшего воздуха в первые полости и перед его поступлением во вторые полости. Простой способ регулирования количества подмешиваемого горячего воздуха, отбираемого от двигателя, заключается в выборе соответствующего поперечного сечения подающей магистрали или питающей магистрали, посредством которой горячий воздух, отбираемый от двигателя, подается в точку смешивания, таким образом, чтобы максимальное количество тепла, которое может быть передано через такую магистраль, равнялось требуемому количеству.
Посредством двух или нескольких точек для подмешивания горячего воздуха, отбираемого от двигателя, можно индивидуально установить температуру, например, пола и люка грузового отсека.
Если теплого отработавшего воздуха системы охлаждения электронного оборудования воздушного судна не достаточно для обогрева пола и/или люка грузового отсека, то, как вариант, может быть предусмотрен дополнительный электрический обогрев панелей, которые образуют пол и/или люк грузового отсека. Такой дополнительный электрический обогрев можно обеспечить посредством традиционных электрических обогревающих матов, которые располагают на верхней и/или нижней стороне панелей, образующих пол. Если верхняя сторона пола должна обладать повышенной прочностью и износостойкостью, электрические обогревающие маты желательно размещать только на нижней стороне панелей.
В соответствии с еще одним вариантом дополнительный электрический обогрев может также быть обеспечен посредством электрических спиральных обогревателей или обогревающих проводов, встроенных в полости пола и люка грузового отсека. Такой вариант осуществления может использоваться как альтернатива или дополнение к вышеупомянутому обогреву при помощи электрических обогревающих матов.
Даже если предусмотрен дополнительный электрический обогрев, соответствующий вышеупомянутым вариантам, обогрев пола согласно настоящему изобретению все равно является более экономичным, чем стандартный обогрев посредством только электрических обогревающих матов, потому что, в соответствии с изобретением, электрическим способом нужно получить только ту часть тепла, которая может потребоваться дополнительно к теплу, которое уже получено в отработавшем воздухе системы охлаждения электронного оборудования.
Чтобы оптимизировать и выровнять теплопередачу, согласно предпочтительному варианту системы обогрева пола в соответствии с настоящим изобретением, в полостях пола и/или люка грузового отсека размещают вентиляторы, которые создают в полостях принудительный поток теплого воздуха.
Чтобы увеличить эффективность обогрева пола, согласно изобретению панели, которые образуют пол, желательно термически развязать с любыми поддерживающими пол конструкциями, чтобы свести к минимуму тепловые потери из-за передачи тепла от панелей к силовой конструкции самолета. Чтобы еще больше увеличить эффективность, панели снабжают теплоизоляцией с нижней стороны в местах, где они не соприкасаются с поддерживающей пол конструкцией. Такая теплоизоляция может быть выполнена, например, в виде панелей или матов из специально предназначенных материалов, которые известны специалистам в этой области техники. Однако для термической развязки панелей и поддерживающей пол конструкции желательно выбирать слой жесткого изолирующего материала таким образом, чтобы не ухудшить несущую способность пола.
Во всех вариантах системы обогрева пола согласно настоящему изобретению желательно, чтобы образующие пол панели являлись профильными элементами, полученными методом экструзии, в частности методом непрерывной экструзии. В таких профильных элементах полости, необходимые для пропускания теплого отработавшего воздуха, получаются экономически эффективным образом, как часть процесса экструзии.
Краткое описание чертежей
Ниже будет подробно описан вариант осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 представляет схематичный вид самолета сбоку в частичном разрезе,
фиг.2 представляет продольное сечение части системы пола, которая отделяет грузовой отсек от подпольного пространства самолета,
фиг.3 представляет поперечное сечение системы пола по фиг.2.
Осуществление изобретения
Фиг.1 схематично показывает фюзеляж 10 грузового самолета. В передней части фюзеляжа 10 располагается секция кабины 12 экипажа, ниже которой находится отсек 14 авиационного электронного оборудования, в котором сосредоточено большое количество электронного оборудования самолета. Термин «электронное оборудование» означает, например, электронное оборудование, необходимое для навигации самолета, а также для управления рядом компонентов самолета.
По длине фюзеляжа, за кабиной 12 экипажа и отсеком 14 авиационного электронного оборудования, располагается грузовой отсек 16, который занимает большую часть фюзеляжа 10. Грузовой отсек 16 имеет пол 20, выполненный из панелей 18, который отделяет грузовой отсек 16 от подпольного пространства 22, которое находится под полом 20.
В задней, нижней части фюзеляжа 10 имеется дверь или люк 24 грузового отсека, показанный на фиг.1 в закрытом положении, который в открытом положении служит рампой, посредством которой можно снаружи получить доступ в грузовой отсек 16.
На фиг.2 и 3 более наглядно показано, что панели 18 представляют собой профильные элементы, полученные методом экструзии, в которых первые полости 26 проходят по всей длине пола 20. В общем случае указанные профильные элементы выполняют из алюминиевого сплава.
Питающая магистраль 28 проходит между передним торцом панелей 18 (если смотреть по направлению полета) и отсеком 14 авиационного электронного оборудования. Посредством питающей магистрали 28 теплый отработавший воздух, который использовался для охлаждения электронного оборудования в отсеке 14, может быть передан в первые полости 26. Распределитель, который на чертежах не показан, обеспечивает равномерное распределение теплого отработавшего воздуха по всем первым полостям 26 панелей 18.
Посредством соединительной магистрали 30 первые полости 26 панелей 18 сообщаются с возможностью передачи потока со вторыми полостями 32, которые предусмотрены во внутренних панелях 34 люка 24 грузового отсека. Панели 34 представляют собой профильные элементы, полученные методом экструзии, подобные панелям 18 пола 20. Вторые полости 32 в приведенном примере заканчиваются с выходом в фюзеляж 10 самолета.
Панели 18 пола 20, способом, который не показан, своей нижней стороной прикреплены к опорам 36, которые являются частью силовой конструкции, поддерживающей пол 20. Положение опор 36 в общем случае соответствует положению держателей 38 направляющих кресел, которые относительно панелей 18 проходят в поперечном направлении, и посредством которых кресла могут быть прикреплены к полу 20. Для термической развязки панелей 18 и опор 36 между нижней стороной панелей 18 и верхней стороной каждой опоры 36, обращенной к панелям пола, проложен слой 40 жесткого изолирующего материала. Термин «жесткий изолирующий материал» означает изолирующий материал, который под действием давления не сжимается, или, по меньшей мере, сжимается в незначительной степени. Следовательно, он не влияет на несущую способность пола 20.
На участках между опорами 36 на нижнюю сторону панелей 18 нанесен слой изолирующего материала 42, который значительно толще, чем слой 40 жесткого изолирующего материала. Изолирующий материал 42 необязательно должен быть жестким, так как ему не приходится выдерживать давление. Изолирующий материал 42 может, например, состоять из элементов, полученных из пенополиуретана или любого другого пеноматериала, пригодного для теплоизоляции, которые наклеены на панели 18. Также слой изолирующего материала 42 можно соединять с панелями 18 в процессе экструзии, например, методом совместной экструзии, чтобы он вместе с панелями 18 образовывал единый компонент. С целью дальнейшего улучшения изоляционных свойств слоя изолирующего материала 42 наружную сторону изолирующего материала 42, которая не соприкасается с панелями 18, можно покрыть слоем 44 материала с высокой светоотражающей способностью.
На верхней стороне панелей 18 имеется изолирующий слой 46, на котором размещены панели 48 покрытия, которые образуют фактическую рабочую поверхность пола 20. Если требуется, на панелях 48 покрытия может быть закреплена ковровая дорожка.
Ниже объясняется работа системы подогрева пола. Для охлаждения электронной аппаратуры, размещенной в отсеке 14 авиационного электронного оборудования, в общем случае, при помощи нагнетательного вентилятора в отсек 14 подают воздух. Этот воздух отбирает тепло от электронного оборудования и в виде теплого отработавшего воздуха через питающую магистраль 28 проходит в первые полости 26 панелей 18 пола 20. В первых полостях 26 теплый отработавший воздух протекает по длине фюзеляжа через весь пол 20 в направлении, противоположном направлению полета (см. стрелку v на фиг.2, которая символизирует движение воздуха).
В конце пола 20 элемент, который на чертеже не показан, собирает воздух, выходящий из первых полостей 26, и передает его в соединительную магистраль 30, из которой воздух поступает через второй распределитель (не показан), если он необходим, во вторые полости 32 во внутренних панелях 34 люка 24 грузового отсека. На выходе вторых полостей 32 теперь уже охлажденный воздух поступает внутрь фюзеляжа 10. Как вариант, воздух можно под контролем выводить за борт.
Из вышеприведенного описания понятно, что обогрев и пола 20, и внутренних панелей 34 люка 24 грузового отсека до достижения уровня комфортной температуры производится посредством теплого отработавшего воздуха системы охлаждения электронного оборудования. Если для обогрева пола 20 и/или панелей 34 указанного отработавшего воздуха недостаточно в смысле его температуры и количества, то к нему может быть подмешан горячий воздух, отбираемый от двигателя.