[发明专利]冷却航空器空调系统的废气的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于航空器空调系统的废气冷却的装置和方法。

背景技术

在新航空器研发中，碳纤维增强复合材料(CFRP)的使用在增加。为了使用它们，需要使外部影响因素(如温度和湿度)适应材料特有的性质，从而使强度性能受影响的程度达到最小。

现代的航空器空调系统(新鲜空气供应系统)是由空气涡轮驱动的压缩机通过单级压缩的原理来操作的。通过飞行期间的外流和在地水准平面处的冲压空气通道中的风扇，冲压空气用来冷却热的且被压缩的发动机引气。该空气依次通过涡轮来驱动压缩机，并且依照舱内的要求被调节。

新鲜空气供应系统的冲压空气通道的目的是把可以获取的外部空气用作热交换机的冷却空气。冲压空气通道通常由NACA冲压空气入口通道，扩散器，橡胶软管连接器，可能的冲压空气通道集气室和冲压空气出口通道组成。热交换机和新鲜空气供应系统的集气室被安装在冲压空气通道集气室和带有ACM风扇(ACM＝空气循环机(三轮的涡轮机组，即涡轮，压缩机，风扇))的冲压空气出口通道之间。ACM风扇和压缩机由在涡轮里的膨胀来驱动。ACM风扇确保冷却空气被引导通过热交换机，即使是在地水准平面。

在飞行期间，外流通过通常是NACA形状的冲压空气入口通道到达冲压空气通道。在扩散器(气流减速)中，总压的一些动态部分被转化为静态部分。静态超压(相对于周围环境的压力)因此产生，它也被称为在热交换机入口处的冲压力。冷却空气的流通由两个可动的、相互连接的冲压空气入口通道襟翼控制。本这种情形中，沿飞行方向的前襟翼被牢固地附接到框架，并通过轴杆在端部被上/下移动。在第一个襟翼的端部，第二个襟翼通过铰链连接到第一个襟翼。上/下的运动(即冲压空气入口的关或开)导致第二襟翼的后端产生了平行位移，所述位移通过短摆锤杆补偿。

冲压空气出口通道通常只配备有一个襟翼。开着的冲压空气出口通道襟翼由于外部空气的流通在冲压空气出口通道中产生真空。这个真空影响冷却质量流通过热交换机。襟翼由致动器操纵。

在所述的方法里，通过冲压空气入口通道而流入热交换机的冷冲压空气被加热至出口的废气温度可达到200℃范围的程度。在飞行期间，该热的废气通过外流的作用可以应用到航空器的表面。尽管外流的特别冷却，当达到航空器CFRP结构时，温度仍然可以达到160℃。目前CFRP材料的强度仍然可以定量地确定达到100℃到120℃的温度范围，视载荷分布和周围环境条件而定。载荷超过这个温度范围可导致不可逆的材料损伤，从而导致故障。

目前用于降低出口温度的解决方案提供类似于冷空气垫的“冷却薄层”，其作用在热的废气和航空器表面之间，如DE 10244 199 A1中所述的例子。冷却薄层保持航空器表面的温度低于CFRP的临界温度。冷却薄层由于航空器空调系统的安装空间和外部环境之间的压力差而产生。在飞行期间，在航空器表面处，强真空区域产生在冲压空气通道的区域内，这由于航空器表面处的冲压空气出口通道的位置。冷却薄层的源是从分离的冲压空气入口获取的通风空气。在废气流下方，冷却薄层被选择性地导向。

本原理的主要缺陷是当冷却薄层失效时，例如外来体或特定的飞行操作的影响导致的失效，翼箱可以未被察觉的方式过热，因为航空器空调系统仍然在工作中。断电功能对于安全要求是成问题的。

冷却空气薄层同样也不能在每个飞行阶段期间被维持。翼瓣和/或气流偏导器/气闸在着陆进场期间和低速飞行期间以前述的航空器空调系统的安装空间连接到外部环境的方式被延伸。在翼瓣和气流偏导器/气闸的区域有比在冲压空气出口通道的区域更强的真空，冷却空气不向外流过用于冷却空气薄层的狭槽，取而代之的是在翼瓣和气流偏导器/气闸的区域向外流。因此，冷却薄层在这些飞行阶段期间没有保护航空器免于热废气的侵害。在一些出错的情形下同样没有提供对热废气侵害的防护，比如航空器表面的损坏，这将导致冷却空气薄层的失效。

发明内容

因而，本发明的目的是提供一种装置和一种方法，其可以如在冲压空气出口通道中要求的那样冷却来自新鲜空气供应系统的热废气，通过这种方式设置在通道后面的航空器CFRP结构遭遇低的废气温度。

该目的通过本发明的相应的独立权利要求的技术特征实现。本发明的优选实施例和改进可以在从属权利要求中得到。

旁通通道绕过设置在带有冲压空气入口通道部分的冲压空气通道的下游的航空器空调系统，并合并到出口通道中，出口通道设置在航空器空调系统的下游，在废气的排出开口之前，旁通通道被提供在根据用于航空器空调系统的废气冷却的本发明的装置中，为冲压空气通道和旁通通道提供共同入口。