СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА, ПОДАВАЕМОГО В КАБИНУ ПАССАЖИРСКОГО ВОЗДУШНОГО СУДНА
METHOD TO REGULATE TEMPERATURE OF AIR FED INTO PASSENGER AIRPLANE CAB

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области регулирования температуры воздуха, подаваемого в кабину пассажирского воздушного судна типа самолета. Понятие «регулирование» в данном контексте никоим образом не ограничивается случаем прямого регулирования, в соответствии с которым требуемое значение устанавливается системой напрямую, без контура обратной связи. Напротив, термин «регулирование» в рамках настоящего изобретения также включает в себя и регулирование, в соответствии с которым путем сравнения оптимального значения величины с ее измеренным фактическим значением определяется разностный сигнал ошибки регулирования, который подается на регулятор.
Уровень техники
Кабина, в которой поддерживается комфортная температура, - важный фактор, обеспечивающий пассажирам приятный полет. В современных пассажирских самолетах температура в кабине регулируется за счет температуры подаваемого в кабину воздуха.
Существует установившаяся практика разбивать кабину пассажирского самолета на несколько зон и снабжать каждую зону кабины воздухом из ее собственной подводящей магистрали. С этой целью каждая зона кабины имеет свою собственную схему регулирования температуры, которая регулирует температуру воздуха, подаваемого в конкретную зону, таким образом, что температура воздуха в данной зоне имеет требуемое оптимальное значение. Таким образом, температура воздуха в каждой зоне кабины может быть индивидуально отрегулирована, чтобы принять заданное значение.
Ранее для каждой зоны кабины обычно использовали одиночный, дискретный датчик температуры, который регистрировал температуру воздуха в конкретной зоне кабины. Устройство управления сравнивает измеренное значение температуры воздуха в кабине с оптимальным значением. На основе разности между этими двумя значениями температуры воздуха получают оптимальное значение для температуры подводимого воздуха, то есть для температуры воздуха, который подается в конкретную зону кабины. Устройство управления сравнивает указанное оптимальное значение с измеренной температурой подводимого воздуха. В зависимости от разности между фактическим значением температуры подводимого воздуха и оптимальным значением температуры подводимого воздуха устройство управления вырабатывает управляющие сигналы для одного или более компонентов, посредством которых можно оказывать влияние на температуру воздуха, подводимого к конкретной зоне кабины.
Температура воздуха в кабине может быть подвержена сравнительно сильным флуктуациям, которые происходят периодически и носят локальный характер. Следовательно, это может привести к тому, что датчик температуры зоны кабины, установленный в выбранном месте, не будет давать репрезентативного сигнала из-за того, что данное место находится в области локального температурного экстремума (максимума или минимума). «Искаженный» сигнал датчика, расположенного в таком месте, может привести к тому, что поданный воздух оказывается чересчур горячим или слишком холодным. В полете это снижает комфорт. Тем не менее, индивидуальным подбором мест расположения датчиков температуры обычно не занимаются, поскольку это, хотя и возможно, но, учитывая недостаток свободного места в кабине, сопряжено со слишком большими затратами. В иных случаях вообще не найти места для датчика температуры из-за того, что мешает оборудование кабины, например бортовой кухонный блок.
Иногда по этой причине нет возможности вообще располагать данными о фактическом значении температуры воздуха какой-либо зоны кабины, либо иметь достоверные данные.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в создании способов, которые даже в вышеуказанных случаях обеспечивали бы комфортную атмосферу в конкретной зоне кабины.
Для решения указанной проблемы изобретение предлагает первый вариант способа регулирования температуры воздуха, подводимого в зону кабины пассажирского воздушного судна, в котором кабину воздушного судна разделяют на несколько зон, индивидуально снабжаемых регулируемым по температуре воздухом, и регулируют температуру воздуха, подводимого в каждую зону кабины, в зависимости от отклонения фактического значения температуры подводимого воздуха, измеренного датчиками температуры воздуха, подводимого в конкретную зону кабины, от оптимального значения температуры подводимого воздуха, при этом для части зон кабины поддерживают оптимальное значение температуры подводимого воздуха путем сравнения фактического значения температуры воздуха в зонах, измеренной датчиками в конкретных зонах кабины, с оптимальным значением температуры воздуха в этих зонах.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается, чтобы по меньшей мере для первой зоны кабины оптимальное значение температуры воздуха, подводимого в первую зону, устанавливали на основе оптимального и/или фактического значения температуры воздуха, подводимого по меньшей мере в одну вторую зону кабины, отличную от первой зоны, причем каждая вторая зона кабины является зоной, в которой измерение фактического значения температуры воздуха осуществляют посредством датчика.
Для решения вышеуказанной задачи изобретение предлагает также второй вариант способа регулирования температуры воздуха, подводимого в зону кабины пассажирского воздушного судна, в котором кабину воздушного судна разделяют на несколько зон, индивидуально снабжаемых регулируемым по температуре воздухом, причем в данном способе температура воздуха, подводимого в каждую зону кабины, зависит от отклонения измеренного датчиками фактического значения температуры воздуха, подводимого в конкретную зону кабины, от оптимального значения температуры подводимого воздуха.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается, чтобы по меньшей мере для одной зоны кабины оптимальное значение температуры воздуха, подводимого в эту зону кабины, устанавливали на основе измеренной датчиками температуры за бортом воздушного судна.
Изобретение обеспечивает возможность поддержания оптимального значения температуры воздуха, подводимого в зону кабины, даже в случае, если определение фактической температуры воздуха в этой зоне кабины невозможно или если определяемое значение температуры нерепрезентативно и, соответственно, невозможно выполнение какого-либо сравнения оптимального и фактического значений температуры воздуха для данной зоны.
В соответствии с первым аспектом учитывают оптимальное и/или фактическое значение температуры воздуха, подводимого по меньшей мере в одну другую (вторую) зону кабины, при этом предполагается, что измерение температуры воздуха в этой зоне произведено датчиками корректно, и датчики выдают пригодные результаты измерений. Желательно, чтобы учитывали оптимальные и/или фактические значения температуры воздуха, подводимого в несколько зон кабины, в особенности в каждую вторую зону кабины. Значения температуры воздуха, подводимого в эти зоны кабины, можно определять таким образом, чтобы ограничить влияние любых локальных температурных помех во вторых зонах кабины. Среднее значение температуры (оптимальное или фактическое) подводимого воздуха отражает общие наружные температурные условия.
В соответствии со вторым аспектом наружную температуру, то есть температуру за бортом воздушного судна, используют напрямую в качестве параметра для определения оптимального значения температуры подводимого воздуха. Было показано, что можно установить взаимосвязь между наружной температурой, температурой воздуха в зоне кабины и температурой подводимого воздуха, при которой определенному значению наружной температуры ставится в соответствие определенное значение температуры подводимого воздуха так, что можно устанавливать определенную температуру воздуха в зоне. Такую взаимосвязь можно определить эмпирически, путем практических испытаний и/или моделирования, и описать посредством массива базисных данных, таблицы или математической формулы. Могут быть учтены и другие параметры, например высота полета.
Оптимальное значение температуры подводимого воздуха может быть определено на основе наружной температуры для всех зон кабины, даже если для всех зон нужно учитывать искажения сигналов датчиков температуры воздуха в зонах. Естественно, можно применить данный способ только для части зон кабины. Может оказаться необходимым определить взаимосвязь между наружной температурой, температурой воздуха в зоне и температурой воздуха, подводимого в зону, индивидуально для разных зон кабины. Естественно, также можно выявить такую взаимосвязь интегрально для нескольких зон или даже для всех зон кабины.
Из-за того, что различные зоны кабины могут иметь различные требования к тепловому режиму, либо из-за факторов, специфичных для зоны, либо в силу различия сигналов датчиков температуры воздуха в зоне, при установлении оптимального значения температуры подводимого воздуха в соответствии с предпочтительным примером осуществления изобретения для обоих вариантов можно учитывать по меньшей мере одну поправочную величину.
Первую поправочную величину можно определить для конкретной зоны кабины так, чтобы можно было учесть вышеупомянутые факторы, специфичные для данной зоны. Требования к тепловому режиму зоны кабины могут, например, зависеть от размещения в данной зоне такого оборудования, как кресла, туалет и бортовые кухонные блоки. Площадь поверхностей окон также может влиять на требования к тепловому режиму. Первая поправочная величина позволяет адаптироваться к факторам такого вида, специфичным для зоны.
Вторая поправочная величина может зависеть от оптимального значения температуры воздуха в зоне, введенной вручную для данной зоны кабины. Таким образом, возможна адаптация, если требуемую температуру воздуха для конкретной зоны кабины можно вводить индивидуально.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение описано подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, где
на фиг.1 схематично показан пассажирский самолет с компонентами для подачи в кабину самолета воздуха, регулируемого по температуре;
на фиг.2 схематично показано поперечное сечение кабины;
на фиг.3 показана блок-схема первого примера схемы регулирования для регулирования температуры воздуха, подводимого в зону кабины самолета по фиг.1; и
на фиг.4 показана блок-схема второго примера схемы регулирования для регулирования температуры воздуха, подводимого в зону кабины самолета по фиг.1.
Осуществление изобретения
На фиг.1 позицией 10 обозначен пассажирский самолет, кабина которого разделена на несколько зон, которые следуют одна за другой по длине самолета 10. Кабина здесь представлена как внутренняя часть самолета 10, в которой располагаются пассажиры и летный экипаж. На примере, показанном на фиг.1, кабина самолета 10 разделена на шесть зон, расположение и протяженность которых показаны на фиг.1 стрелками. Термин «зона кабины» здесь означает область кабины, для которой выделена индивидуальная схема регулирования температуры для регулирования температуры подводимого воздуха, который вводится в данную зону кабины. Таким образом, зоны кабины могут быть определены как зоны с регулированием температуры.
За каждой зоной кабины закреплена основная подающая магистраль 12, через которую осуществляется подвод воздуха к конкретной зоне. В соответствии с числом зон кабины в примере, показанном на фиг.1, предусмотрено шесть основных подающих магистралей 12. Основные подающие магистрали соединены со смесительной камерой 14, откуда происходит их снабжение воздухом. Воздух, подаваемый из каждой основной питающей магистрали 12, нагнетается в конкретную зону кабины через систему воздушных выпускных отверстий 16 (фиг.2). Стрелки на фиг.2 схематически показывают направление потока воздуха, подаваемого в кабину. Видно, что подводимый воздух обычно подается в верхнюю часть кабины, обозначенную на фиг.2 позицией 18, например, в область рядом с багажными полками 20 для ручной клади. Подводимый воздух проходит через зону кресел, где сидят пассажиры, и выводится через боковые стенки на уровне пола кабины 18.
Температура подводимого воздуха определяет температуру воздуха в кабине 18. Чтобы создать в кабине 18 комфортную атмосферу, температуру воздуха, подводимого в каждую зону кабины, регулируют таким образом, чтобы температура воздуха в конкретной зоне кабины имела заданное значение. Предусмотрена система датчиков температуры, которая делает возможным определение одного или нескольких значений температуры в каждой зоне кабины. В примере, показанном на фиг.1, система датчиков температуры включает в себя датчик 22 температуры в каждой зоне кабины. В общем случае стараются каждую зону кабины оборудовать датчиком 22 температуры. Однако иногда конструктивные факторы мешают установить датчики 22 температуры во всех зонах кабины. В иных случаях может иметь место ситуация, при которой зона кабины оснащена датчиком 22 температуры, но этот датчик не дает пригодных показаний, например, из-за того, что распределение температуры в конкретной зоне кабины имеет в месте расположения датчика локальный пик, или из-за того, что температура в месте расположения датчика периодически испытывает сильные флуктуации. Ситуация, в силу которой для конкретной зоны кабины невозможно получить никаких или, по меньшей мере, никаких пригодных данных по температуре, показана на фиг.1 для зоны 2 кабины, где датчик 22 температуры отсутствует.
Датчики 22 температуры подключены к вычислительно-управляющему блоку 24, который регулирует температуру воздуха, подводимого в каждую зону кабины. Вычислительно-управляющий блок 24 включает в себя соответствующую программную и/или аппаратную составляющие. По меньшей мере для тех зон кабины, для которых получают пригодные данные фактической температуры воздуха, вычислительно-управляющий блок 24 сравнивает фактическое значение температуры воздуха в конкретной зоне с заданным оптимальным значением температуры воздуха и определяет разность между этими значениями.
Исходя из этой разности вычислительно-управляющий блок 24 определяет оптимальное значение температуры подводимого воздуха, подаваемого в конкретную зону кабины. При этом вычислительно-управляющий блок 24 работает в качестве регулятора, который, измеряя разность между фактическим значением температуры воздуха и оптимальным значением температуры воздуха, определяет ошибку системы регулирования.
Вычислительно-управляющий блок 24 затем сравнивает оптимальное значение, заданное для температуры подводимого воздуха, с текущим значением температуры воздуха, подводимого в данную зону. Это текущее значение обеспечивается датчиком 26 температуры, который измеряет температуру воздуха в основной подающей магистрали 12, которая ведет к конкретной зоне кабины. На фиг.1 датчик 26 температуры такого типа изображен только для подающих магистралей 12, обеспечивающих воздухом зоны 1, 2 и 3 кабины. Понятно, что такие датчики 26 связаны также и с магистралями 12, подающими воздух в остальные зоны 4, 5 и 6 кабины.
Вычислительно-управляющий блок 24 определяет для температуры подводимого воздуха разность между ее оптимальным и текущим значениями. Эта разность преобразуется вычислительно-управляющим блоком 24 в позиционирующие сигналы для одного или нескольких элементов, посредством которых изменяется температура подводимого воздуха. Вычислительно-управляющий блок 24 здесь снова действует как регулятор, который определяет разность между оптимальным значением температуры подводимого воздуха и ее текущим значением в качестве ошибки системы регулирования. На фиг.1 показаны позиционирующие элементы 28, связанные с подающими магистралями 12 зон 2 и 6 кабины. Данные позиционирующие элементы могут, например, оказывать влияние на электрический обогрев и/или на так называемый клапан балансировочного воздуха. И снова понятно, что соответствующие позиционирующие элементы также связаны с остальными подающими магистралями и остальными зонами кабины.
В примере, показанном на фиг.1, где отсутствует датчик 22 температуры воздуха в зоне 2 кабины, соответственно, для зоны 2 отсутствуют и данные фактического значения температуры воздуха. Следовательно, для зоны 2 кабины вычислительно-управляющий блок 24 не может выполнять никакого сравнения оптимальных значений с фактическими. Однако, чтобы иметь возможность устанавливать температуру воздуха в зоне 2 кабины на заданном уровне, оптимальное значение для подводимой температуры (температуры подводимого воздуха) получают иным способом, нежели сравнением оптимального и фактического значения температуры воздуха. В соответствии с одним вариантом вычислительно-управляющий блок 24 определяет оптимальное значение температуры воздуха, подводимого в зону 2 кабины, исходя из оптимальных или фактических значений температур воздуха, подводимого в другие зоны 1, 3-6 кабины. В соответствии с другим вариантом вычислительно-управляющий блок 24 определяет оптимальное значение температуры воздуха, подводимого в зоны 2 кабины, исходя из температуры, измеренной посредством другого датчика 30 температуры (фиг.1), установленного за бортом самолета 10. Структура схемы регулирования, показанная на фиг.3, относится к первому варианту, а структура схемы регулирования, показанная на фиг.4, относится ко второму варианту.
L
На фиг.3 температура воздуха, подводимого в те зоны кабины, датчики 22 температуры которых выдают достоверные сигналы, определяется в блоке 32. Сигналы T здесь представляют оптимальные и фактические значения температуры подводимого воздуха. В качестве метода вычисления может быть использовано, например, среднее арифметическое значение.
Среднее значение температуры подводимого воздуха, которое выдает блок 32, в точке суммирования 34 корректируется посредством введения двух поправок. Величина первой поправки учитывает данные индивидуальной температуры зоны 2 кабины (или другой зоны кабины, для которой должен быть применен способ регулирования, представленный структурой схемы регулирования по фиг.3). Требуемая температура для зоны 2 кабины может быть задана селектором температур, который на фиг.3 представлен блоком 36. Блок 38 преобразует требуемую температуру, заданную селектором 36, в соответствующую величину поправки, которая добавляется к среднему значению температуры подводимого воздуха, полученному от блока 32. Величина второй поправки выдается блоком 40. Значение второй поправки представляет величину частного смещения для зоны 2 кабины. Эта величина определяется заранее и запоминается в вычислительно-управляющем блоке 24.
Среднее значение температуры подводимого воздуха, откорректированное посредством двух поправок, устанавливает оптимальное значение температуры воздуха, подводимого в зону 2 кабины. В точке 42 формирования разностного сигнала это оптимальное значение сравнивается с фактическим значением температуры подводимого воздуха, которое обеспечивается соответствующим датчиком 26 температуры. В регуляторе 44 разностный сигнал преобразуется в сигнал положения для позиционирующего элемента 28, связанного с зоной 2 кабины.
A
A
A
На фиг.4, подобные элементы или элементы, дающие подобный эффект, обозначены теми же позициями, что и на фиг.3, однако снабжены подстрочными индексами. Структуры двух схем регулирования по фиг.3 и фиг.4 имеют существенное отличие друг от друга только в том, что на фиг.4 блок 32, присутствующий на фиг.3, заменен блоком 46а, который получает в качестве входного сигнала температуру наружного воздуха, обозначенную Т и измеренную датчиком 30 температуры. Исходя из наружной температуры Т блок 46а определяет температуру подводимого воздуха, которая требуется, чтобы поддерживать определенную температуру воздуха в зоне 2 кабины. С этой целью в вычислительно-управляющем блоке 24 в табличной форме специально запоминается соответствующий массив базисных данных. Значение температуры подводимого воздуха, полученное на основе наружной температуры Т и других дополнительных параметров, например высоты полета, после введения поправки на величину частного смещения для данной зоны и поправки, зависящей от требуемой температуры в зоне 2 кабины, используется в качестве оптимального значения для температуры воздуха, подводимого в зоны 2 кабины. Более того, структура схемы регулирования по фиг.4 соответствует структуре схемы по фиг.3.
Изобретение обеспечивает возможность устойчивого регулирования температуры, даже когда отсутствуют стабильные данные температуры воздуха в какой-либо зоне кабины. Индивидуальная коррекция температуры, необходимая для получения комфортной атмосферы в зоне кабины, возможна посредством задания величины смещения, которую получают из требуемой температуры, задаваемой селектором температур конкретной зоны кабины.