СИСТЕМА ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ГЕРМОКАБИНЫ САМОЛЕТА

Современные самолеты имеют несколько гермокабин, отличающихся друг от друга по своим тепловым характеристикам. Так гермокабина пилотов имеет значительную площадь остекления при отсутствии теплоизоляции и незначительные внутренние тепловыделения. А пассажирские салоны хорошо теплоизолированы от внешней среды и имеют значительные теплопоступления от пассажиров.
Воздух для целей температурной стабилизации в гермокабинах отбирается от двигателей самолета с высокой температурой. Поэтому для подачи в гермокабины он должен быть охлажден в специальных устройствах охлаждения. Наиболее простым устройством является теплообменник, где воздух от двигателя охлаждается забортным воздухом.
Для обеспечения необходимых температурных характеристик воздуха, поступающего в гермокабины, устройства охлаждения оснащаются специальными регуляторами температуры.
Известны системы кондиционирования гермокабин самолета [1], в которых производится подготовка воздуха охлажденного с температурой близкой к 0°С и воздуха горячего с температурой близкой к 100°С. Необходимая температура воздуха перед подачей в гермокабины обеспечивается регуляторами температуры за счет смешивания охлажденного и горячего потоков. С этой целью трубопроводы берутся одного диаметра для возможности пропускания всего объема воздуха на максимальных режимах. То есть на режиме охлаждения гермокабины подается только охлажденный воздух, а на режиме обогрева только горячий. Это является недостатком известного решения, так как ведет к увеличению массово-габаритных характеристик известной системы.
Известны системы термостатирования [2], в которых трубопровод охлажденного воздуха выполняется на пропускание всего объема воздуха, а трубопровод горячего берется значительно меньшего диаметра. Такое решение осуществляется тем, что температура воздуха в трубопроводе охлажденного воздуха изменяется регулятором температуры в зависимости от тепло-поступлений в гермокабину, при этом одна из гермокабин термостатируется воздухом из трубопровода охлажденного воздуха, а другие с некоторым добавлением из горячего трубопровода.
Для выполнения такого регулирования необходимо знание текущего теплосодержания в каждой гермокабине.
В техническом решении [2] предлагается введение в схему вычислителей теплопритоков, соединенных с датчиками и задатчиками в соответствующих гермокабинах, которые в свою очередь через блок сравнения сигналов от вычислителей (выбирается минимальный сигнал) соединен с регулятором температуры охлажденного воздуха.
Определение теплопритоков по отклонению температуры в гермокабине, как это имеет место в прототипе, неправомерно, так как при статическом режиме регулирования температуры в гермокабине отклонение температуры от заданного значения равно нулю. Следовательно, на выходе вычислителя сигнал будет равным нулю.
При статическом режиме во всех гермокабинах на регулятор температуры охлажденного воздуха через блок сравнения приходит нулевой сигнал. Поэтому для регулирования температуры охлажденного воздуха всегда требуется наличие внутреннего задания в этом регуляторе, которое должно быть постоянным. Таким образом, предложенная схема системы термостатирования может выполнять функции регулирования только с наличием статической ошибки, а указанный вычислитель теплопритоков является определителем отклонения параметра регулирования от заданного значения с коэффициентом усиления «n» разным для каждой гермокабины, что создает значительную статическую ошибку процесса термостатирования.
Целью настоящего предложения является устранение указанного выше недостатка, а именно, получение астатического регулирования, то есть без наличия статической ошибки.
Поставленная цель достигается тем, что система термостатирования гермокабин самолета, имеющего раздельно кондиционируемые гермокабины, оснащенная охлаждающим устройством, регулятором расхода воздуха и регуляторами температуры за охлаждающим устройством и в каждой кондиционируемой гермокабине, содержащие исполнительные механизмы (заслонки), датчики температуры в проводящих воздух трубопроводах, датчики и задатчики, которые выполнены в виде вычислителей отклонения температуры в гермокабинах, задатчик температуры за охлаждающим устройством, выполненный в виде элемента сравнения и выбора минимального сигнала от вычислителей отклонения температуры, при этом к вычислителям отклонения температуры в гермокабине параллельно подключены устройства интегрирования сигнала, с временными характеристиками равными временным характеристикам изменения теплового процесса в гермокабинах.
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 [2]. Следовательно, заявленный объект отвечает требованию «новизна». Заявленная полезная модель является промышленно приемлемой, что подтверждается следующим описанием со ссылками на чертежи.
На рис.1 представлена принципиальная схема системы термостатирования, а на рис.2 функциональная схема системы терморегулирования.
Система термостатирования содержит регулятор расхода 1 и трубопроводы: 2 - охлажденного воздуха, 3 - горячего воздуха, соединенные через распределительные трубопроводы 4 с гермокабинами 5 (зонами гермокабины, отсеками). Система снабжена регулятором температуры 6 охлажденного воздуха с датчиком 7 и исполнительным механизмом (заслонкой) 8 и регуляторами 9 температуры воздуха в гермокабинах, датчики 10, которых установлены в распределительных трубопроводах 4, а исполнительные механизмы 11 - в распределительных трубопроводах 3 горячего воздуха. Трубопроводы 2 и 3, регуляторы температуры 9 и все связанные с регуляторами 9 элементы идентичны, число их равно числу гермокабин. Охлаждающее устройство 12, например теплообменник, охлаждаемый атмосферным воздухом, установлен в трубопроводе 2. Регулятор температуры 6 снабжен задатчиком температуры 13. Датчики 14 и задатчики 15 образуют вычислитель отклонения параметра (температуры) 16, который совместно с устройствами интегрирования 17 составляют вычислители теплопотоков 18 в каждую гермокабину 5. Их выходы подключены к регуляторам температуры 9 воздуха в соответствующих гермокабинах, а так же и к одному из входов блока задания 13 температуры охлажденного воздуха, выход которого, в свою очередь, соединен со входом регулятора температуры 6 охлажденного воздуха. Задатчик 13 выполнен в виде устройства сравнения и выбора минимального сигнала.
Отбираемый от системы подготовки или непосредственно от компрессора двигателя воздух через регулятор расхода 1 по трубопроводам 2 и 3 (соответственно охлажденного воздуха и горячего воздуха) и распределительным трубопроводам 4 холодного воздуха подается в гермокабины 5.
Стабилизация температуры воздуха в гермокабинах 5 (термостатирование) достигается при компенсации поступающих в гермокабину внутренних и внешних теплопритоков теплопритоками, вносимыми в них с подаваемым в гермокабину воздухом. В конкретных установившихся условиях на вход вычислителя теплопритоков поступает отклонение температуры датчика 14 от величины температуры, заданной задатчиком 15. По этому отклонению на выходе вычислителя теплопритоков 18 появляется сигнал, который при постоянном расходе подаваемого в гермокабину 5 воздуха в установившемся режиме соответствует величине вносимого этим воздухом, компенсирующего теплопритока. Заданный расход воздуха в каждую гермокабину 5 обеспечивается неизменностью гидравлических характеристик распределительных трубопроводов 4 и работой регулятора расхода 1. Для поддержания температуры воздуха в гермокабине 5 по выходному сигналу вычислителя 18, соответствующему величине компенсирующего теплопритока, регулятором температуры 9 воздуха в гермокабине определяется и затем стабилизируется потребная температура подаваемого в гермокабину воздуха. Эта температура замеряется датчиком 10, а ее стабилизация осуществляется подмесом воздуха из распределительного трубопровода 3 горячего воздуха при помощи исполнительного механизма 11. Сигналы с выходов каждого вычислителя теплопритоков 18 одновременно поступают на один из входов задатчика охлаждения воздуха 13. При этом на выход задатчика 13 проходит только сигнал, соответствующий максимальному значению величины компенсирующего теплопритока, который далее поступает на вход регулятора температуры 6 охлажденного воздуха. По этому сигналу регулятором 6 определяется минимальное значение величины подаваемого в гермокабины воздуха и затем стабилизируется в трубопроводе охлажденного воздуха. Эта температура замеряется датчиком 7, а ее стабилизация осуществляется работой исполнительного механизма 8 и охлаждающим устройством 12.
Таким образом в каждых конкретных условиях в трубопроводе 2 воздух охлаждается только до температуры, потребной для компенсации поступающих в одну из гермокабин 5 максимальных внешних и внутренних теплопритоков. Воздух в эту гермокабину подается из трубопровода 2 по соответствующему распределительному трубопроводу 4 непосредственно, без изменения температуры. Так как данная гермокабина требует максимальных компенсирующих теплопритоков, то для снижения компенсирующих теплопритоков, требуемых другими гермокабинами, необходимо повысить температуру подаваемого в них воздуха, что выполняется подмесом некоторой части воздуха из распределительных ветвей трубопроводов 3 горячего воздуха. Этот подмес выполняется исполнительным механизмом 11 регулятора температуры 9.
Осуществляя стабилизацию температуры воздуха (термостатирование) в гермокабине, требующей максимальных компенсирующих теплопритоков, изменением температуры охлаждаемого воздуха только до необходимой для этого величины, а в остальных гермокабинах подмешиванием к охлажденному воздуха незначительной части горячего воздуха, достигается либо снижение энергозатрат на охлаждение, либо уменьшение необходимого общего расхода подаваемого в гермокабины воздуха, что, в конечном итоге, повышает термодинамическую эффективность и экономичность системы термостатирования. Дополнительным эффектом является то, что трубопровод горячего воздуха можно выполнять с меньшим проходным сечением чем трубопровод охлажденного воздуха, что ведет к снижению весовых характеристик системы термостатироваия.
Источники информации принятые во внимание при составлении заявки:
1. Авторское свидетельство 668215, м. кл. B64D 13/06;
2. Авторское свидетельство 1172194, м. кл. B64D 13/08.