СИСТЕМА ПОДАЧИ ВОЗДУХА ДЛЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА И СПОСОБ СМЕШИВАНИЯ ДВУХ ПОТОКОВ ВОЗДУХА В ТАКОЙ СИСТЕМЕ
AIRCRAFT AIR SUPPLY SYSTEM AND METHOD OF MIXING TWO AIRFLOWS IN SAID SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе подачи воздуха воздушного судна, в частности пассажирского воздушного судна, которая содержит систему свежего воздуха, при помощи которой свежий воздух может подаваться в кабину воздушного судна, систему циркулирующего воздуха, которая соединена с системой свежего воздуха, и при помощи которой использованный кабинный воздух может подаваться в систему свежего воздуха, систему охлаждающего воздуха, предназначенную для охлаждения системы кондиционирования воздуха воздушного судна, которая размещена в системе свежего воздуха, а также систему вентиляции, соединенную с системой охлаждающего воздуха, и предназначенную для вентиляции пространства с установленной системой кондиционирования воздуха. Изобретение относится также к способу смешивания двух потоков воздуха в такой системе подачи воздуха.
Уровень техники
Системы подачи воздуха на борту пассажирского воздушного судна в последние годы стали значительно более сложными, так как различные климатические зоны в кабине воздушного судна должны снабжаться свежим воздухом, чтобы сделать полет по возможности более приятным для пассажиров. Кроме того, воздух в кабине должен обрабатываться с непрерывными интервалами. Для этой цели использованный кабинный воздух удаляют из кабины, смешивают со свежим воздухом и снова подают в кабину. Более того, на определенные компоненты, установленные на борту воздушного судна, например на систему кондиционирования воздуха, должен подаваться охлаждающий воздух. Пространство с установленной системой кондиционирования воздуха необходимо вентилировать для того, чтобы удалять просачивающееся топливо и/или пары масла, и исключить вероятность возникновения пожара.
По этой причине в последние годы были разработаны концепции, которые предусматривают решения, относящиеся к подаче свежего воздуха, перемещению циркулирующего воздуха, подаче охлаждающего воздуха, и вентиляции пространства с установленной системой кондиционирования воздуха. Эти решения описаны ниже со ссылкой на фигуры 1-5. В связи с этим, описаны только те принципы, которые составляют основу отдельных решений, не вдаваясь в технические подробности.
А) Система свежего воздуха
Фиг.1 показывает обычное решение 10а, относящееся к вентиляции кабины воздушного судна свежим воздухом. Для этой цели во время полета свежий воздух получают, отбирая его из основного контура 12 (компрессор высокого и среднего давления) главных газотурбинных двигателей, а на земле - от вспомогательной турбины 18. Из-за высокой температуры воздуха, отбираемого из основного контура 12 главных газотурбинных двигателей, его необходимо предварительно охладить. Это предварительное охлаждение происходит благодаря воздуху, отбираемому из вспомогательного контура 14 главных газотурбинных двигателей, который проходит через теплообменник 16, и вследствие этого предварительно охлаждает воздух, отбираемый из основного контура 12 главных газотурбинных двигателей. Кроме того, система 20 кондиционирования воздуха воздушного судна приводится в действие энергией потока воздуха, отбираемого из основного контура 12 главных газотурбинных двигателей.
В системе свежего воздуха обычного типа, которая показана на фигуре 1, отбор воздуха из основного контура главных газотурбинных двигателей ведет к потере мощности и к увеличению расхода керосина главными газотурбинными двигателями. Более того, возникает необходимость в увеличении расходов на изготовление воздушного судна, что объясняется высоким уровнем температуры и давления в отводящих воздух каналах, а также необходимостью контролировать температуру для защиты окружающих конструкций. Кроме того, требуется регулировать объемный расход и давление отбираемого воздуха при помощи соответствующих клапанов. Это ведет к увеличению вероятности выхода из строя клапанов с электромагнитным управлением и должно компенсироваться путем резервирования, что, в свою очередь, повышает расходы на изготовление воздушного судна. Кроме того, свежий воздух может быть загрязнен по причине просачивания масла в газотурбинных двигателях и вспомогательной турбине.
На фигуре 2 показана более новая концепция 10b подачи свежего воздуха, которая предусмотрена для перспективных проектов воздушных судов. Согласно этой концепции 10b, которая пока еще не используется, свежий воздух подается снаружи фюзеляжа через отдельный воздухозаборник 22. Набегающий воздух, попавший в воздухозаборник, сжимается компрессором 24 с электроприводом, для того, чтобы снабдить поток энергией, необходимой для работы системы 20 кондиционирования воздуха. Энергию, необходимую для приведения в действие компрессора, во время полета обеспечивают генераторы главных газотурбинных двигателей, а на земле - вспомогательная турбина. Эта концепция не предусматривает отбор воздуха из основного контура главных газотурбинных двигателей и вспомогательной турбины.
Система подачи свежего воздуха без отбора воздуха, которая показана на фигуре 2, требует обеспечения однородности входящего потока, а это означает, что необходима сложная геометрия впускного канала воздухозаборника 22. Кроме того, воздухозаборник повышает коэффициент лобового сопротивления воздушного судна. Сложность системы и, следовательно, ее подверженность выходу из строя увеличивают управляемые силовые приводы для открывания и/или закрывания впускных створок воздухозаборника 22. Во время нанесения на воздушное судно средств защиты от обледенения имеется опасность того, что противообледенительная жидкость попадет с фюзеляжа в воздухозаборник 22, вследствие чего произойдет загрязнение свежего воздуха.
B) Система циркулирующего воздуха
Что касается перемещения циркулирующего воздуха по замкнутому контуру и его подачи в систему свежего воздуха воздушного судна, согласно рассматриваемой концепции 30 системы, показанной на фигуре 3, то оборотный циркулирующий воздух 36 подается в систему свежего воздуха ниже по потоку относительно системы 20 кондиционирования воздуха. Подача оборотного циркулирующего воздуха 36 и смешивание его со свежим воздухом, доставляемым системой кондиционирования воздуха, происходит в смесительной камере 32. Свежий воздух, смешанный с циркулирующим воздухом, направляется из смесительной камеры 32 в кабину воздушного судна. Требуемую для перемещения циркулирующего воздуха энергию потока обеспечивают электрические нагнетатели 34.
Представляя собой, в отношении конструкции, вращающееся механическое устройство, нагнетатель 34, для перемещения циркулирующего воздуха 36, показанный на фигуре 3, является потенциальным источником отказов, который оказывает постоянное влияние на отказоустойчивость системы, и должен компенсироваться с помощью эффективного резервирования с соответствующим проигрышем в весе. Кроме того, требуется смесительная камера 32, в которой свежий воздух, вырабатываемый системой 20 кондиционирования воздуха, смешивается с оборотным циркулирующим воздухом 36.
C) Система вентиляции/охлаждающего воздуха
Как уже упоминалось выше, пространство с установленной системой кондиционирования воздуха необходимо вентилировать для того, чтобы удалять просачивающееся топливо и/или пары масла, и исключить вероятность возникновения пожара. Обычное системное решение 40а, показанное на фигуре 4, предусматривает систему вентиляции, в которой вентиляционный воздух поступает снаружи фюзеляжа через воздухозаборник 42 поблизости от системы кондиционирования воздуха. Вентиляция пространства 44 с установленной системой кондиционирования воздуха во время наземной эксплуатации воздушного судна обеспечивается с помощью компрессора 48. Компрессор 48 получает приводную энергию от системы 52 отбора воздуха высокого давления, которая приводит в действие турбину 50. Отработанный воздух направляется через выпускное отверстие 46. Компрессор 48 не должен эксплуатироваться во время полета по причине блокирующего влияния охлаждающего воздуха в воздухозаборнике 42.
Для системы вентиляции, показанной на фигуре 4, требуется воздухозаборник 42, который предусматривается отдельно от остальных систем, и который, в свою очередь, оказывает постоянное влияние на коэффициент лобового сопротивления воздушного судна. Компрессор 48, который нужен в этой системе для наземной эксплуатации воздушного судна, когда отсутствует набегающий поток воздуха, и воздух всасывается извне при помощи компрессора 48 через воздухозаборник 42, представляет собой возможный источник отказов дополнительно к силовым приводам и створкам воздухозаборника.
На фигуре 5 показана другая концепция 40b, которая относится к подаче охлаждающего воздуха для системы кондиционирования воздуха, и к вентиляции пространства с установленной системой кондиционирования воздуха. Согласно этой концепции 40b, воздух для вентиляции пространства с установленной системой 44 кондиционирования воздуха отбирают из воздухозаборника 42 нагнетателя 54 охлаждающего воздуха. Свежий воздух удаляется за счет условий движения потока в пограничном слое фюзеляжа, то есть благодаря отрицательному давлению в вихревой зоне отверстия 46 для выпуска охлаждающего воздуха.
В системе, показанной на фигуре 5, геометрия вихревой зоны отверстия 46 для выпуска охлаждающего воздуха должна быть достаточной сложной для того, чтобы обеспечить удаление отработанного вентиляционного воздуха путем отсоса. Условия движения потока в вихревой зоне отверстия для выпуска охлаждающего воздуха, то есть в пограничном слое фюзеляжа, невозможно ни предсказать, ни регулировать. Следовательно, это обстоятельство является дополнительным фактором риска, который представляет угрозу безопасности, принимая во внимание вероятность просачивания топлива или испарения масла в пространстве с установленной системой кондиционирования воздуха.
Патент DE 2907826 А описывает систему циркулирующего охлаждающего воздуха для воздушного судна, в которой в ступени эжекторного смешивания свежий воздух, получаемый путем отбора, смешивается с оборотным циркулирующим воздухом, поступающим из пассажирского салона. Смешивание свежего воздуха с циркулирующим воздухом происходит ниже по потоку относительно теплообменника, который охлаждается набегающим потоком воздуха.
Система кондиционирования воздуха, описанная в патенте DE 10301465 А1, включает в себя, по меньшей мере, два воздушных кондиционера, у каждого из которых впускное отверстие соединено с подающей магистралью, а выпускное отверстие соединено с кабиной, в которой осуществляется кондиционирование воздуха, или со смесительной камерой. Свежий воздух получают путем отбора от газотурбинных двигателей. Каждый из воздушных кондиционеров приводится в действие набегающим потоком воздуха для охлаждения отбираемого воздуха.
Патент ЕР 1695910 А2 описывает систему для выработки инертного газа. Система вырабатывает, например, газообразный азот для грузового отсека или топливного бака воздушного судна. С этой целью находящийся под давлением кабинный воздух предварительно охлаждают, затем снова сжимают и направляют в главный теплообменник, откуда он попадает в модуль дезагрегации воздуха, где охлажденный кабинный воздух разделяется на инертный газ и фильтрат. Затем фильтрат подают в воздуховод, откуда он выбрасывается в атмосферу. Для того чтобы увеличить расход воздуха через теплообменник, используют эжекторы, которые создают область низкого давления на выпускном конце теплообменника.
Патент US-A 2491461 раскрывает систему создания давления для воздушного судна, в которой, в числе прочего, кабинный воздух смешивается со сжатым свежим воздухом выше по потоку относительно воздушного кондиционера.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является обеспечение системы подачи воздуха для воздушного судна, в частности пассажирского воздушного судна, с повышенной отказоустойчивостью, в которой количество небезопасных с точки зрения отказа компонентов, например нагнетателей и компрессоров, сведено к минимуму.
Согласно первому аспекту изобретения, эта задача решается за счет системы подачи воздуха воздушного судна, в частности пассажирского судна, которая содержит систему свежего воздуха, посредством которой свежий воздух может подаваться в кабину воздушного судна, систему циркулирующего воздуха, которая соединена с системой свежего воздуха, и при помощи которой использованный кабинный воздух может подаваться в систему свежего воздуха, систему охлаждающего воздуха, предназначенную для охлаждения системы кондиционирования воздуха воздушного судна, которая размещена в системе свежего воздуха, а также систему вентиляции, соединенную с системой охлаждающего воздуха, и предназначенную для вентиляции пространства с установленной системой кондиционирования воздуха, причем для соединения текучих сред системы охлаждающего воздуха и системы вентиляции используют устройство, которое размещено и скомпоновано внутри фюзеляжа таким образом, что воздух в одной системе может быть приведен в движение потоком воздуха в другой системе.
Поскольку воздух в одной системе приводится в движение и получает энергию от воздушного потока в другой системе, осуществляется соединение текучих сред двух систем. Это относится к соединению системы охлаждающего воздуха и системы вентиляции. В то же самое время, согласно изобретению, в системе подачи воздуха сведено к минимуму количество небезопасных с точки зрения отказа механических устройств, таких, например, как нагнетатели или компрессоры, которые являются необходимыми элементами в концепциях обычных решений. В противоположность концепции, показанной на фигуре 5, обеспечено соединение текучих сред двух систем на борту воздушного судна, так что на это соединение не влияют условия движения потока в пограничном слое фюзеляжа. Поэтому отпадает необходимость в сложной геометрии потока в месте выпуска охлаждающего воздуха для того, чтобы обеспечить удаление вентиляционного воздуха вместе с охлаждающим воздухом из системы подачи воздуха.
Узел соединения текучих сред предпочтительно размещен и скомпонован на борту воздушного судна таким образом, что воздух в одной системе может приводиться в движение благодаря всасывающему эффекту, возникающему под действием воздушного потока в другой системе.
Вследствие возникновения всасывающего эффекта под действием воздушного потока в одной системе, воздух в другой системе может перемещаться, что ведет к перемешиванию воздушных потоков в области соединения текучих сред. На вызванный воздушным потоком всасывающий эффект может оказывать влияние выбор поперечного сечения потока. В результате, можно изменять всасывающий эффект и, следовательно, скорость, с которой воздух из одной системы смешивается с воздушным потоком в другой системе, без применения небезопасных с точки зрения отказа механических устройств.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения наличие первой ступени эжекторного смешивания обеспечивает соединение текучих сред системы охлаждающего воздуха и системы вентиляции. Ступени эжекторного смешивания такого рода представляют собой отказоустойчивые компоненты, так как они не содержат движущихся или вращающихся конструктивных элементов, которые могут оказывать постоянное влияние на надежность системы.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления изобретения, соединение текучих сред системы циркулирующего воздуха и системы свежего воздуха обеспечивается посредством второй ступени эжекторного смешивания. Вследствие этого, оборотный циркулирующий воздух в системе циркулирующего воздуха может всасываться и смешиваться с потоком свежего воздуха в системе свежего воздуха благодаря второй ступени эжекторного смешивания. Поэтому отпадает необходимость в наличии нагнетателя в системе циркулирующего воздуха, который доставляет циркулирующий воздух в систему свежего воздуха. Более того, не нужно предусматривать отдельную смесительную камеру для перемешивания свежего воздуха с циркулирующим воздухом.
Вторую ступень эжекторного смешивания предпочтительно размещают в системе свежего воздуха выше по потоку относительно системы кондиционирования воздуха. В системе, показанной на фигуре 3, отработанный воздух системы кондиционирования воздуха должен иметь низкую температуру с тем, чтобы обеспечить возможность компенсации повышенной температуры смешанного воздуха, обусловленной наличием нагнетателя в системе циркулирующего воздуха. Это может повлечь за собой проблемы, связанные с обледенением на выходе системы кондиционирования воздуха. Более того, в показанной на фигуре 3 системе температуру смешанного воздуха и, следовательно, температуру в кабине можно задать только с помощью отдельной, постоянно управляемой системы регулирования. В соответствующей изобретению системе подачи воздуха эти проблемы предотвращены благодаря перемешиванию свежего воздуха с циркулирующим воздухом, выше по потоку относительно системы кондиционирования воздуха, в ступени эжекторного смешивания.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, в системе свежего воздуха параллельно друг другу размещены несколько вторых ступеней эжекторного смешивания. При этом каждая из вторых ступеней эжекторного смешивания соединена с магистралью циркулирующего воздуха системы циркулирующего воздуха. Посредством нескольких ступеней эжекторного смешивания, расположенных параллельно друг другу в системе свежего воздуха, большее количество свежего воздуха может быть смешано с большим количеством циркулирующего воздуха в разных местах внутри фюзеляжа, что повышает эффективность подачи циркулирующего воздуха.
Текучая среда системы свежего воздуха предпочтительно соединена с текучей средой вспомогательного воздушного контура двух или более газотурбинных двигателей воздушного судна при помощи двух магистралей отбираемого воздуха. Таким образом, свежий воздух получают путем отбора из вспомогательного воздушного контура газотурбинных двигателей воздушного судна, что делает ненужной отдельную створку воздухозаборника для обеспечения свежего воздуха. Это положительно сказывается на коэффициенте лобового сопротивления воздушного судна.
Согласно дальнейшему варианту осуществления изобретения, две магистрали отбираемого воздуха ведут в магистраль свежего воздуха в фюзеляже воздушного судна. В результате становится доступным достаточное количество свежего воздуха, даже в случае отказа одного газотурбинного двигателя.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, нагнетатель свежего воздуха размещен в магистрали свежего воздуха, выше по потоку относительно второй ступени эжекторного смешивания. Этот нагнетатель свежего воздуха используют только во время наземной эксплуатации воздушного судна, для того, чтобы всасывать свежий воздух через магистрали отбираемого воздуха и подавать свежий воздух по магистрали свежего воздуха в первую ступень эжекторного смешивания. Поэтому подача достаточного количества свежего воздуха гарантирована даже тогда, когда не работают главные газотурбинные двигатели.
Выше по потоку относительно системы кондиционирования воздуха предпочтительно размещен, по меньшей мере, один компрессор кабинного воздуха, который подает смешанный воздух под давлением в систему кондиционирования воздуха. Компрессор кабинного воздуха обеспечивает подачу смешанного воздуха, сжатого в достаточной степени, необходимого для работы системы кондиционирования воздуха. Поскольку компрессор может быть настроен на уменьшенное количество смешанного воздуха, гарантируется работоспособность системы кондиционирования воздуха даже с небольшим количеством смешанного воздуха.
Согласно дальнейшему варианту осуществления изобретения, система охлаждающего воздуха и система вентиляции могут получать воздух через одну створку воздухозаборника. Поэтому отпадает необходимость во второй отдельной створке воздухозаборника, которая оказывала бы постоянное влияние на коэффициент лобового сопротивления воздушного судна.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления изобретения, нагнетатель охлаждающего воздуха размещен в системе охлаждающего воздуха ниже по потоку относительно створки воздухозаборника. Во время наземной эксплуатации воздушного судна нагнетатель охлаждающего воздуха через створку воздухозаборника всасывает охлаждающий воздух, посредством которого охлаждается теплообменник системы кондиционирования воздуха. Поэтому во время наземной эксплуатации воздушного судна также может быть гарантировано достаточно эффективное охлаждение теплообменника.
Нагнетатель охлаждающего воздуха в системе охлаждающего воздуха и нагнетатель свежего воздуха в системе свежего воздуха могут предпочтительно приводиться в действие общим электродвигателем. Поскольку оба нагнетателя приводятся в действие общим электродвигателем, это ведет к дополнительной экономии веса.
Согласно второму аспекту, изобретение предусматривает способ смешивания двух потоков воздуха в системе подачи воздуха воздушного судна, в частности, пассажирского воздушного судна. Система подачи воздуха включает в себя систему свежего воздуха, по которой свежий воздух подают в кабину воздушного судна, систему циркулирующего воздуха, которая соединена с системой свежего воздуха, и при помощи которой использованный кабинный воздух подают в систему свежего воздуха, систему охлаждающего воздуха, предназначенную для охлаждения системы кондиционирования воздуха воздушного судна, которая размещена в системе свежего воздуха, а также систему вентиляции, соединенную с системой охлаждающего воздуха и предназначенную для вентиляции пространства с установленной системой кондиционирования воздуха. Соединение текучих сред системы охлаждающего воздуха и системы вентиляции осуществляют внутри фюзеляжа таким образом, что воздух в одной системе приводится в движение потоком воздуха в другой системе.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, воздушный поток в системе охлаждающего воздуха всасывает воздух из системы вентиляции.
Циркулирующий воздух из системы циркулирующего воздуха предпочтительно всасывается свежим воздухом, проходящим через систему свежего воздуха, и подается в систему свежего воздуха, так что свежий воздух смешивается с циркулирующим воздухом.
Согласно дальнейшему варианту осуществления изобретения, температуру смешанного воздуха доводят до предопределенного уровня с помощью системы кондиционирования воздуха, размещенной в системе свежего воздуха, и смешанный воздух направляют в кабину воздушного судна.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления изобретения, во время полета воздушного судна свежий воздух отбирают из вспомогательного контура газотурбинных двигателей воздушного судна. Этот отбираемый воздух затем подают на вторую ступень эжекторного смешивания, где отбираемый воздух смешивается с циркулирующим воздухом.
Охлаждающий воздух, проходящий через систему охлаждающего воздуха, предпочтительно всасывает вентиляционный воздух из системы вентиляции, и доставляет его в систему охлаждающего воздуха, вследствие чего охлаждающий воздух смешивается с вентиляционным воздухом.
Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления изобретения, охлаждающий воздух и вентиляционный воздух попадают в систему охлаждающего воздуха и систему вентиляции через створку воздухозаборника.
В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления изобретения, охлаждающий воздух проходит через теплообменник системы кондиционирования воздуха для охлаждения смешанного воздуха, который должен подаваться в кабину воздушного судна, и затем охлаждающий воздух подают в первую ступень эжекторного смешивания, где охлаждающий воздух смешивается с вентиляционным воздухом. Вслед за этим охлаждающий воздух, смешанный с вентиляционным воздухом, удаляют через выпускное отверстие в фюзеляже.
Краткое описание чертежей
Суть изобретения более подробно объясняется ниже на примере предпочтительного варианта осуществления изобретения со ссылкой на сопроводительные схематические чертежи, где:
Фиг.1 представляет первый вариант системы свежего воздуха обычного типа, в которой во время полета отбор свежего воздуха производят из основного контура газотурбинного двигателя, а во время наземной эксплуатации - от вспомогательной турбины воздушного судна;
Фиг.2 представляет второй вариант системы свежего воздуха обычного типа, в которой свежий воздух попадает в систему свежего воздуха через воздухозаборник;
Фиг.3 представляет систему циркулирующего воздуха обычного типа;
Фиг.4 представляет первый вариант системы охлаждающего воздуха обычного типа;
Фиг.5 представляет второй вариант системы охлаждающего воздуха обычного типа;
Фиг.6 представляет систему подачи воздуха согласно варианту осуществления изобретения, которая содержит систему свежего воздуха, систему циркулирующего воздуха, систему охлаждающего воздуха и систему вентиляции.
Осуществление изобретения
На Фиг.6 представлен предпочтительный вариант осуществления системы подачи воздуха воздушного судна, в частности пассажирского воздушного судна.
Система подачи воздуха содержит четыре подсистемы, которые в каждом случае выполняют различные функции на борту воздушного судна. Система подачи воздуха содержит систему 110 свежего воздуха, которая отвечает за подачу свежего воздуха в кабину воздушного судна, систему циркулирующего воздуха, которая удаляет из кабины использованный кабинный воздух. Использованный кабинный воздух после соответствующей обработки вновь поступает в систему свежего воздуха. Следующая подсистема представленной на фиг.6 системы подачи воздуха - это система охлаждающего воздуха, которая обеспечивает охлаждающий воздух для системы кондиционирования воздуха для того, чтобы понизить температуру свежего воздуха, который представляет собой относительно теплый отбираемый воздух, до температуры, приятной для пассажиров. Система подачи воздуха включает в себя также систему вентиляции, которая служит для вентиляции пространства с установленной системой кондиционирования воздуха. Необходимость вентиляции этого пространства объясняется тем, что топливо и/или пары масла, просачивающиеся из системы кондиционирования воздуха, должны быть удалены для того, чтобы исключить вероятность возникновения пожара.
Здесь следует обратить внимание на то, что в содержании изобретения, по существу, нет разницы между термином «внутри фюзеляжа» и термином «на борту воздушного судна».
Для конструкции, показанной на фиг.5, выбран термин «система подачи воздуха». Однако этот термин не следует понимать в узком смысле. Показанную на фиг.5 конструкцию можно было в равной степени назвать «система вентиляции или кондиционирования воздуха».
Система 110 свежего воздуха системы 100 подачи воздуха, представленной на фиг.6, служит для подачи свежего воздуха в кабину воздушного судна. Для этой цели отбирают воздух из вспомогательных контуров 112а, 112b главных газотурбинных двигателей. Воздуховоды 114а, 114b отбираемого воздуха ведут к единой магистрали 116 свежего воздуха. Преимущество такого решения заключается в том, что в случае отказа главного газотурбинного двигателя гарантирована подача достаточного количества свежего воздуха в систему 110 свежего воздуха.
Поскольку во время наземной эксплуатации воздушного судна отбираемый воздух отсутствует, нагнетатель 118 свежего воздуха размещают в магистрали 116 свежего воздуха. Во время наземной эксплуатации этот нагнетатель 118 свежего воздуха всасывает свежий воздух извне воздушного судна через магистраль 116 свежего воздуха и воздуховоды 114а, 114b отбираемого воздуха. Нагнетатель 118 свежего воздуха приводят в действие с помощью электродвигателя 119. Магистраль 116 свежего воздуха ведет к ступени 120 эжекторного смешивания. Магистраль 116 свежего воздуха проходит от ступени 120 эжекторного смешивания к компрессору 124 кабинного воздуха, приводимому в действие с помощью электродвигателя 126, который сжимает свежий воздух до такой степени, чтобы энергия его потока была достаточной для того, чтобы гарантировать работоспособность системы 130 кондиционирования воздуха. Озоновый преобразователь 128 располагают между системой 130 кондиционирования воздуха и компрессором 124 кабинного воздуха. Этот преобразователь представляет собой обычный катализатор и преобразует озон в кислород. Система 130 кондиционирования воздуха включает в себя теплообменник 132, в котором сжатый компрессором 124 воздух, все еще относительно теплый в этот момент времени, охлаждается посредством охлаждающего воздуха системы 150 охлаждающего воздуха, описание которой дано ниже.
Использованный кабинный воздух (рециркуляционный воздух) 142 перемещается по замкнутому контуру в системе 140 циркулирующего воздуха системы 100 подачи воздуха, и по магистрали 144 циркулирующего воздуха подается в ступень 120 эжекторного смешивания. В ступени 120 эжекторного смешивания циркулирующий воздух 142 смешивается со свежим воздухом, протекающим по системе 110 свежего воздуха. Энергию потока свежего воздуха используют в ступени 120 эжекторного смешивания для высасывания циркулирующего воздуха 142 из системы 140 циркулирующего воздуха и подачи его в магистраль 116 свежего воздуха, присоединенную к ступени 120 эжекторного смешивания. Соединение и смешивание свежего воздуха с циркулирующим воздухом происходит исключительно за счет энергии потока свежего воздуха. С одной стороны, энергия потока определяется уровнем давления воздуха, отбираемого из вспомогательных контуров 112а, 112b главных газотурбинных двигателей. С другой стороны, на энергию потока свежего воздуха могут влиять геометрические характеристики магистрали 116 свежего воздуха. Энергия потока свежего воздуха может быть задана при помощи нагнетателя 118 свежего воздуха во время наземной эксплуатации, так, чтобы всасывающее действие, оказываемое свежим воздухом на циркулирующий воздух, можно было изменять соответствующим образом.
При отборе воздуха из вспомогательных контуров 112а, 112b главных газотурбинных двигателей, давление и температура этого отбираемого воздуха существенно ниже давления и температуры воздуха, отбираемого из основных контуров главных газотурбинных двигателей, поэтому отпадает необходимость в дополнительных регулировочных клапанах и элементах контроля для высокотемпературных воздушных магистралей, вследствие чего уменьшается количество конструктивных элементов, требуемых для безотказной работы системы 110 свежего воздуха.
Система 100 подачи воздуха, представленная на фиг.6, включает в себя также систему 150 охлаждающего воздуха, предназначенную для охлаждения свежего воздуха, проходящего через теплообменник 132 системы 130 кондиционирования воздуха, и систему 170 вентиляции, предназначенную для вентиляции пространства 190 с установленной системой кондиционирования воздуха.
Охлаждающий воздух проходит через воздухозаборник 152, который обычно расположен на внешней обшивке фюзеляжа воздушного судна, и попадает в магистраль 154 охлаждающего воздуха системы 150 охлаждающего воздуха. Нагнетатель 156 охлаждающего воздуха, предназначенный для наземной эксплуатации воздушного судна, размещен в системе 150 охлаждающего воздуха, ниже по потоку относительно воздухозаборника 152, при этом нагнетатель приводится в действие с помощью того же самого электродвигателя 119, который уже используется для приведения в действие нагнетателя 118 свежего воздуха системы 110 свежего воздуха. Нагнетатель 156 охлаждающего воздуха всасывает холодный наружный воздух через воздухозаборник 152, и подает наружный воздух в систему 150 охлаждающего воздуха. Охлаждающий воздух проходит через теплообменник 132 системы 130 кондиционирования воздуха, размещенный ниже по потоку относительно нагнетателя 156 охлаждающего воздуха. По мере прохождения охлаждающего воздуха через теплообменник 132, происходит охлаждение до предопределенной температуры свежего воздуха, протекающего по системе 110 свежего воздуха и по системе 130 кондиционирования воздуха, что гарантирует необходимый комфорт для пассажиров в кабине воздушного судна. Из теплообменника 132 охлаждающий воздух попадает в ступень 160 эжекторного смешивания, откуда, через выпускное отверстие 162 для охлаждающего воздуха, выбрасывается в атмосферу. Выпускное отверстие 162 для охлаждающего воздуха размещено на внешней обшивке фюзеляжа воздушного судна.
Вентиляционный воздух, необходимый для вентиляции пространства 190 с установленной системой 130 кондиционирования воздуха, проходит аналогичным образом через воздухозаборник 152 в систему 170 вентиляции. Вентиляционный воздух 174 проходит по магистрали 171 вентиляционного воздуха в пространство 190 с установленной системой 130 кондиционирования воздуха, и, выходя из пространства 190, попадает в ступень 160 эжекторного смешивания. Для того чтобы исключить контакт вентиляционного воздуха с горячими поверхностями теплообменника 132, вентиляционный воздух смешивают с охлаждающим воздухом в ступени 160 эжекторного смешивания, ниже по потоку относительно теплообменника. Охлаждающий воздух, смешанный с вентиляционным воздухом, выходит в атмосферу через выпускное отверстие 162 для охлаждающего воздуха. В системе 170 вентиляции, ниже по потоку относительно воздухозаборника 152, размещен невозвратный клапан 172, который предотвращает движение вентиляционного потока в противоположном направлении.
Режим работы ступени 160 эжекторного смешивания, по меньшей мере, похож или аналогичен режиму работы ступени 120 эжекторного смешивания. В ступени 160 эжекторного смешивания энергию потока охлаждающего воздуха используют для отсасывания вентиляционного воздуха 174 из системы 170 вентиляции, для смешивания с ним, и для перемещения его вниз по потоку, через выпускное отверстие 162 для охлаждающего воздуха. Во время наземной эксплуатации энергию потока охлаждающего воздуха можно изменить путем соответствующего выбора геометрических характеристик магистралей 154, 158 охлаждающего воздуха, и соответствующей настройки параметров нагнетателя 156 охлаждающего воздуха. Таким образом, энергия потока охлаждающего воздуха может оказать влияние на расход вентиляционного воздуха 174 через пространство 190 с установленной системой 130 кондиционирования воздуха.
Для специалиста в данной области техники очевидно, что применение показанной на фиг.6 системы подачи воздуха не ограничивается пассажирскими воздушными судами - упомянутая система может быть с равным успехом использована в воздушных судах общего типа.
Ступени 120, 160 эжекторного смешивания могут также включать в себя диафрагмы и средства блокировки, предотвращающие обратный поток воздуха из одной системы в другую.
Представленная на фиг.6 конструкция и формирующая ее основу концепция изобретения могут быть в равной степени применены к системам, в которых используются газы, отличные от воздуха.