СИСТЕМА И СПОСОБ ВЕНТИЛЯЦИИ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН ВОЗДУШНОГО СУДНА
SYSTEM AND METHOD FOR VENTILATION OF AIRCRAFT EXPLOSION HAZARD ZONES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе и способу вентиляции взрывоопасной зоны воздушного судна, в частности самолета.
Уровень техники
На борту воздушного судна можно минимизировать опасность взрыва в топливном баке путем заполнения пустых баков инертным газом, например азотом. Инертный газ препятствует образованию горючей газовой смеси над поверхностью топлива. Однако в тех зонах воздушного судна, которые граничат с топливным баком, инертизация при помощи инертного газа, как правило, является невозможной. По этой причине такие взрывоопасные зоны обычно изолируются пленкой. Кроме того, компоненты, которые расположены в этих зонах и которые могут создавать искры или имеют высокую температуру поверхности, изготавливаются во взрывобезопасном исполнении и снабжаются специальной изоляцией. И, наконец, взрывоопасные зоны воздушного судна интенсивно вентилируются и дренируются, при этом следует обеспечивать кратность воздухообмена от 3 до 5 раз в минуту.
Для вентиляции взрывоопасных зон воздушного судна обычно предусматриваются отдельные системы, которые выполнены таким образом, что они во всех рабочих ситуациях воздушного судна обеспечивают достаточную вентиляцию и дренаж взрывоопасных зон воздушного судна, а также достаточное охлаждение компонентов, подвергаемых тепловым нагрузкам и расположенных во взрывоопасных зонах воздушного судна. Известные системы вентиляции содержат, например, воздуховод для набегающего воздуха, по которому во время полета воздушного судна подается воздух для уменьшения взрывоопасности зоны воздушного судна, подлежащей вентиляции. При наземной эксплуатации воздушного судна достаточную подачу воздуха в зону воздушного судна, подлежащую вентиляции, обеспечивает вентилятор. Установка отдельной системы вентиляции приводит к дополнительным расходам, к увеличению веса, а также к дополнительному потреблению энергии для привода электрических вентиляторов или вентиляторов с силовыми установками, работающими на воздухе, который отбирается от двигателя.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение надежно работающей, простой по конструкции, легкой и компактной системы вентиляции взрывоопасной зоны воздушного судна. Кроме того, задачей изобретения является обеспечение соответствующего способа вентиляции взрывоопасной зоны воздушного судна.
Эта задача решена при помощи системы вентиляции зоны воздушного судна с признаками п.1 формулы изобретения и способа вентиляции зоны воздушного судна с признаками п.7 формулы изобретения.
Система вентиляции взрывоопасной зоны воздушного судна согласно изобретению содержит воздуховод для набегающего воздуха с воздухозаборником для подачи воздуха из окружающей среды в воздуховод для набегающего воздуха. Воздухозаборник воздуховода для набегающего воздуха может быть выполнен, например, в виде, так называемого, воздухозаборника NACA (National Advisory Committee for Aeronautics, Национальный консультативный комитет по аэронавтике). Кроме того, воздуховод для набегающего воздуха при необходимости может содержать диффузор. Выпускное отверстие воздуховода для набегающего воздуха служит для того, чтобы снова отводить в окружающую среду воздух после его прохождения по воздуховоду для набегающего воздуха. Воздуховод для набегающего воздуха предназначен для подачи охлаждающего воздуха к устройству на борту воздушного судна, подлежащему охлаждению. Устройство, подлежащее охлаждению, может представлять собой, например, часть системы охлаждения воздушного судна. Воздуховод для набегающего воздуха системы вентиляции согласно изобретению предпочтительно служит для подачи охлаждающего воздуха в конденсаторы холодильной установки системы охлаждения воздушного судна. В принципе, воздух, проходящий по воздуховоду для набегающего воздуха, можно непосредственно подавать в устройство, подлежащее охлаждению, в качестве охлаждающего воздуха и, например, продувать его через устройство, подлежащее охлаждению. Альтернативно этому охлаждающую энергию воздуха, проходящего по воздуховоду для набегающего воздуха, можно передавать устройству, подлежащему охлаждению, при помощи соответствующего промежуточного устройства, например теплообменника.
Система вентиляции согласно изобретению содержит также вентиляционный трубопровод, ответвляющийся от воздуховода для набегающего воздуха, с впускным отверстием для подачи воздуха, проходящего по воздуховоду для набегающего воздуха. Выпускное отверстие вентиляционного трубопровода соединено с зоной, подлежащей вентилированию, например, с взрывоопасной зоной воздушного судна. Таким образом, по вентиляционному трубопроводу в зону воздушного судна, подлежащую вентилированию, можно подавать воздух, отводимый из воздуховода для набегающего воздуха. Иными словами, система вентиляции согласно изобретению не требует для вентиляции дополнительного воздуховода для набегающего воздуха. Вместо этого используется только один воздуховод для набегающего воздуха, который обеспечивает подачу воздуха из окружающей среды к устройству, подлежащему охлаждению на борту воздушного судна, и для подачи вентилирующего воздуха в зону воздушного судна, подлежащую вентиляции. Таким образом, система согласно изобретению представляет собой объединенную охлаждающую систему и систему вентиляции. Это позволяет отказаться от отдельного вентиляционного устройства и получить выгодную экономию веса и монтажного объема. В зоне воздушного судна, подлежащей вентилированию, можно установить дополнительное устройство, подвергаемое тепловым нагрузкам, например, электронный или другой аналогичный компонент. В этом случае воздух, подаваемый по вентиляционному трубопроводу в зону воздушного судна, подлежащую вентилированию, одновременно используется для охлаждения компонента, подвергаемого тепловым нагрузкам.
Между воздуховодом для набегающего воздуха и впускным отверстием вентиляционного трубопровода в системе вентиляции взрывоопасной зоны воздушного судна согласно изобретению установлен накопитель, который предназначен для по меньшей мере частичного преобразования динамического давления потока воздуха, проходящего по воздуховоду для набегающего воздуха, в статическое давление. Благодаря статическому давлению, создаваемому в накопителе, можно предпочтительным образом компенсировать потери давления, возникающие при прохождении потока воздуха по вентиляционному трубопроводу. Благодаря этому, можно получить постоянный объемный поток воздуха, проходящего через вентиляционный трубопровод, а также равномерный профиль потока при выходе воздуха из выпускного отверстия вентиляционного трубопровода.
По сравнению с динамической конструкцией, в которой воздух, проходящий по воздуховоду для набегающего воздуха, при отсутствии накопителя отводится по вентиляционному трубопроводу из воздуховода для набегающего воздуха, в системе согласно изобретению можно отказаться от дополнительных устройств управления потоком, например от выпускного клапана в воздуховоде для набегающего воздуха или от особенно мощного вентилятора в воздуховоде для набегающего воздуха, который обеспечивает достаточный поток воздуха, проходящего через вентиляционный трубопровод. Кроме того, воздух, поступающий по вентиляционному трубопроводу в системе вентиляции взрывоопасной зоны воздушного судна согласно изобретению, не должен отбирать на себя центральную часть потока воздуха с высоким статическим давлением, подаваемого по воздуховоду для набегающего воздуха. Вместо этого из воздуховода для набегающего воздуха можно отводить воздух, протекающий вдоль стенки воздуховода для набегающего воздуха с высокой скоростью потока, но с низким статическим давлением, аэродинамически "подготавливать" его в накопителе и, наконец, подавать в вентиляционный трубопровод. Это исключает помехи прохождению воздуха по воздуховоду для набегающего воздуха, но, однако, обеспечивает достаточную подачу воздуха в вентиляционный трубопровод.
Накопитель предпочтительно выполнен с возможностью компенсации, в значительной степени, потери давления, имеющей место в вентиляционном трубопроводе за счет преобразования по меньшей мере части динамического давления потока воздуха, проходящего по воздуховоду для набегающего воздуха, в статическое давление. В принципе, увеличение потока массы в накопителе приводит к повышению статического давления в указанном накопителе. Вследствие этого в накопителе можно получить тем более высокое статическое давление, чем больше воздухозаборник накопителя и чем дальше воздухозаборник накопителя проникает в воздушный поток, проходящий по воздуховоду для набегающего воздуха. Таким образом, конструкцию накопителя можно предпочтительно согласовать с конструкцией вентиляционного трубопровода. Так, например, можно получить комбинацию вентиляционного трубопровода, выполненного в виде длинной узкой насадки, при прохождении через которую возникают высокие потери давления, с накопителем, который имеет относительно большой воздухозаборник. Благодаря этому, вентиляционный трубопровод, выполненный в виде насадки можно нагружать достаточно высоким статическим давлением. Накопитель может быть также выполнен с возможностью управления потоком. Так, например, путем выбора соответствующих размеров накопителя можно обеспечить демпфирование потока и тем самым повысить равномерность этого потока в вентиляционном трубопроводе.
Как указано выше, накопитель содержит воздухозаборник, по которому воздух, проходящий по воздуховоду для набегающего воздуха, может поступать в накопитель. При этом воздухозаборник накопителя имеет такие размеры, которые обеспечивают во взрывоопасной зоне воздушного судна, подлежащей вентиляции, кратность воздухообмена 5 раз в минуту. Воздухозаборник накопителя предпочтительно встроен в стенку воздуховода для набегающего воздуха.
Плоскость входного сечения воздухозаборника накопителя может быть расположена, по существу, перпендикулярно к направлению потока воздуха, проходящего по воздуховоду для набегающего воздуха, и обращена к потоку воздуха. Благодаря этому, обеспечивается достаточный поток массы воздуха, поступающий в накопитель.
В воздуховоде для набегающего воздуха может быть установлен вентилятор, который обеспечивает надлежащее прохождение потока воздуха по воздуховоду для набегающего воздуха, в особенности при наземной эксплуатации воздушного судна. Вентилятор предпочтительно располагается в воздуховоде для набегающего воздуха перед накопителем.
В предпочтительном варианте осуществления системы вентиляции согласно изобретению в зоне воздушного судна, подлежащей вентиляции, предусмотрено по меньшей мере одно выпускное отверстие для удаления воздуха, поступающего в зону, подлежащую вентиляции, по вентиляционному трубопроводу. Указанное по меньшей мере одно выпускное отверстие может соединять зону воздушного судна, подлежащую вентиляции, с окружающей средой и может быть расположено, например, во внешней обшивке воздушного судна. Указанное по меньшей мере одно выпускное отверстие предпочтительно расположено в зоне внешней обшивки воздушного судна вблизи выпускного отверстия воздуховода для набегающего воздуха. Благодаря высокой скорости потока воздуха на выходе из выпускного отверстия воздуховода для набегающего воздуха, в окружающей среде у выпускного отверстия воздуховода для набегающего воздуха создается пониженное давление, и вследствие этого возникает инжекционный поток, который способствует выходу воздуха из зоны воздушного судна, подлежащей вентиляции. Таким образом, за счет расположения указанного по меньшей мере одного выпускного отверстия зоны, подлежащей вентиляции в непосредственной близости от выпускного отверстия воздуховода для набегающего воздуха, простым и удобным способом обеспечивается удаление продувочного воздуха, поступившего в зону, подлежащую вентиляции, из зоны, подлежащей вентиляции.
В способе вентиляции взрывоопасной зоны воздушного судна согласно изобретению воздух из окружающей среды подают по воздуховоду для набегающего воздуха к устройству на борту воздушного судна, подлежащему охлаждению, например, к конденсаторам холодильной установки охлаждающей системы воздушного судна. Далее, воздух, проходящий по воздуховоду для набегающего воздуха, подают по вентиляционному трубопроводу в зону воздушного судна, подлежащую вентиляции. Зона воздушного судна, подлежащая вентиляции, представляет собой, например, зону воздушного судна, которая прилегает к топливному баку и которую необходимо в достаточной мере вентилировать для того, чтобы предотвратить образование взрывоопасной газовой смеси. Кроме того, воздух, подаваемый в зону, подлежащую вентиляции, может служить также в качестве охлаждающего воздуха для охлаждения компонента, подвергаемого тепловым нагрузкам, например, электронного или аналогичного компонента, установленного в зоне, подлежащей вентиляции. Перед входом воздуха в вентиляционный трубопровод динамическое давление потока воздуха, проходящего по воздуховоду для набегающего воздуха, по меньшей мере частично преобразуют в статическое давление в накопителе, установленном между воздуховодом для набегающего воздуха и впускным отверстием вентиляционного трубопровода.
За счет преобразования по меньшей мере части динамического давления потока воздуха, проходящего по воздуховоду для набегающего воздуха, в статическое давление, обеспечивают компенсацию, в значительной степени, потери давления, которая имеет место в вентиляционном трубопроводе.
При наземной эксплуатации воздушного судна поток воздуха, проходящего по воздуховоду для набегающего воздуха, предпочтительно создают посредством вентилятора, который установлен в воздуховоде для набегающего воздуха перед накопителем.
Воздух, подаваемый по вентиляционному трубопроводу в зону воздушного судна, подлежащую вентиляции, выводят из зоны, подлежащей вентиляции в окружающую среду по меньшей мере через одно выпускное отверстие предпочтительно под действием инжекционного потока, который индуцируется потоком воздуха, выходящим из выпускного отверстия воздуховода для набегающего воздуха.
Краткое описание чертежей
Далее приведено более подробное описание предпочтительного примера осуществления системы вентиляции взрывоопасной зоны воздушного судна согласно изобретению со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых представлены:
фигура 1 - общий вид системы вентиляции взрывоопасной зоны воздушного судна, и
фигура 2 - трехмерное увеличенное изображение вентиляционного трубопровода, ответвляющегося от воздуховода для набегающего воздуха, и накопителя, установленного между воздуховодом для набегающего воздуха и впускным отверстием вентиляционного трубопровода.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 наглядно показана система 10 вентиляции взрывоопасной зоны 12 воздушного судна. Взрывоопасная зона 12 воздушного судна находится вблизи топливного бака воздушного судна, который не показан на фигуре 1. По этой причине пары керосина при определенных условиях могут проникать в зону 12. В зоне 12 воздушного судна расположен подвергаемый тепловым нагрузкам компонент 14, выполненный в виде блока управления. Для того чтобы предотвратить образование взрывоопасной газовой смеси в зоне 12 и тем самым минимизировать опасность взрыва топлива, взрывоопасную зону воздушного судна 12 необходимо вентилировать в достаточной степени. Кроме того, компонент 14, подвергаемый тепловым нагрузкам, вырабатывает большое количество теплоты, которую необходимо удалять из зоны 12 воздушного судна.
Система 10 вентиляции содержит воздуховод 16 для набегающего воздуха, в котором имеется воздухозаборник, не показанный на фигуре 1, выполненный в виде воздухозаборника NACA и служащий для подачи воздуха из окружающей среды в воздуховод 16 для набегающего воздуха. Воздухозаборник воздуховода 16 для набегающего воздуха так же, как и выпускное отверстие 18, выполнен во внешней обшивке 20 воздушного судна. Воздуховод 16 для набегающего воздуха служит для того, чтобы подавать набегающий воздух и тем самым холодильную энергию к конденсаторам холодильной установки охлаждающей системы воздушного судна.
От воздуховода 16 для набегающего воздуха ответвляется вентиляционный трубопровод 22. Вентиляционный трубопровод 22 содержит впускное отверстие 24, а также выпускное отверстие 26 и выполнен в виде относительно узкой длинной насадки, которая проходит, по существу, по всей ширине воздуховода 16 для набегающего воздуха, имеющего, по существу, прямоугольное поперечное сечение (см. фигуру 2). Выпускное отверстие 26 вентиляционного трубопровода 22 сообщается с зоной 12 воздушного судна, подлежащей вентиляции, таким образом, воздух, проходящий по воздуховоду 16 для набегающего воздуха, можно подавать по вентиляционному трубопроводу 22 в зону 12, подлежащую вентиляции.
Накопитель 28, установленный между воздуховодом 16 для набегающего воздуха 16 и впускным отверстием 24 вентиляционного трубопровода 22, служит для того, чтобы по меньшей мере частично преобразовать динамическое давление воздушного потока, проходящего по воздуховоду 16 для набегающего воздуха, в статическое давление. Как видно, в частности, на фигуре 2, накопитель 28 содержит воздухозаборник 30, встроенный в стенку воздуховода 16 для набегающего воздуха. Плоскость 32 входного сечения воздухозаборника накопителя 28 проходит, по существу, перпендикулярно к направлению потока воздуха, проходящего по воздуховоду 16 для набегающего воздуха, и обращена к потоку воздуха. Решетка 34, расположенная в зоне плоскости 32 воздухозаборника накопителя 28, обеспечивает соответствующее рассеяние потока в зоне плоскости 32 входного сечения воздухозаборника накопителя 28.
Накопитель 28 выполнен таким образом, что за счет преобразования по меньшей мере части динамического давления потока воздуха, проходящего по воздуховоду 16 для набегающего воздуха, в статическое давление потеря давления, возникающая в вентиляционном трубопроводе 22, в значительной степени компенсируется. Благодаря этому, по вентиляционному трубопроводу 22 обеспечивается подача воздуха, достаточная для того, чтобы осуществить в зоне 12 воздушного судна, подлежащей вентиляции, кратность воздухообмена 5 раз в минуту. Кроме того, поскольку поток в накопителе 28 стабилизируется, можно получить лучшее выравнивание и, следовательно, равномерное распределение потока по всей ширине вентиляционного трубопровода 22. И, наконец, воздухозаборник 30 накопителя 28 имеет такие размеры, чтобы воздух, поступающий в накопитель 28, можно было отводить, по существу, из слоя воздуха, проходящего вдоль стенки воздуховода для набегающего воздуха и тем самым не нарушать течение в ядре потока воздуха, проходящего по воздуховоду 16 для набегающего воздуха.
Перед накопителем 28 в воздуховоде для набегающего воздуха установлен вентилятор 36. Этот вентилятор служит для того, чтобы создавать необходимый поток воздуха через воздуховод 16 для набегающего воздуха при наземной эксплуатации воздушного судна. При необходимости вентилятор 36, разумеется, можно также активировать во время полета воздушного судна. При этом вентилятор не предназначен для того, чтобы обеспечивать достаточный расход потока воздуха через вентиляционный трубопровод 22, но служит исключительно для подачи воздуха к компоненту холодильной установки воздушного судна, подлежащему охлаждению. Поток воздуха через вентиляционный трубопровод 22, по существу, регулируется накопителем 28, а также конфигурацией входных отверстий в воздухозаборнике 30.
После прохождения через зону 12 воздушного судна воздух, подаваемый по вентиляционному трубопроводу 22, требуется удалять из зоны 12 для того, чтобы обеспечить необходимую высокую кратность воздухообмена 5 раз в минуту, а также достаточный теплоотвод от компонента 14, подвергаемого тепловым нагрузкам. Отвод воздуха из зоны 12 осуществляется через выпускное отверстие 38, выполненное во внешней обшивке 20 воздушного судна. Выпускное отверстие 38 располагается во внешней обшивке 20 воздушного судна поблизости от выпускного отверстия 18 воздуховода 16 для набегающего воздуха. За счет высокой скорости воздуха, выходящего из выпускного отверстия 18 воздуховода 16 для набегающего воздуха, в зоне выпускного отверстия 18 воздуховода 16 для набегающего воздуха создается пониженное давление. Вследствие этого индуцируется инжекционный поток, который через выпускное отверстие 38 высасывает воздух из зоны 12 воздушного судна. Таким образом, благодаря тому, что выпускное отверстие 38 расположено поблизости от выпускного отверстия 18 воздуховода 16 для набегающего воздуха, происходит отвод воздуха из взрывоопасной зоны 12.