[发明专利]电动压气机自引射增压系统及其增压方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动压气机自引射增压系统及其增压方法，属于飞机环境控制系统技术领域。

背景技术

现役飞机环境控制系统多采用发动机引气的空气循环环境控制系统，详见寿荣中，何慧姗.飞行器环境控制.北京：北京航空航天大学出版社，2006。而发动机引气会造成发动机性能下降，增加飞机性能代偿损失，详见黄辉，崔丹丹，崔高伟.引气环控系统和全电环控系统性能对比分析.中国科技信息.2013.15。为减少飞机性能代偿损失，提出了电动引气替代发动机引气的环控系统方案，并已被用于波音787飞机，详见党晓民，成杰，林丽.我国大型飞机环境控制系统研制展望.航空工程进展.2010.2。电动压气机是电动引气系统的关键部件，需要在飞机的飞行包线内正常工作并维持飞机座舱所需的压力。当飞机在巡航高度(约10000米)时为了保证飞机座舱压力(约80kPa及以上)，计入引气压缩空气冲压功时，所需压比高达2.5及以上。而对于机载单级空气压缩机，受尺寸、重量和功耗等的要求严格，其单级压比难以突破2；若使压比突破2以上，压气机转速需在4万转以上，轮径也高达0.3米。为了缓解尺寸和功耗需求，虽然采用多级压气机方案可实现压比为2.5及以上的需求，但压气机结构较复杂。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种电动压气机自引射增压系统及其增压方法。该系统在原有的单级叶轮压气机的基础上，增加了引射器，使得在满足出口气体参数不变的情况下，单级压气机即可实现压比为2.5及以上的需求。

一种电动压气机自引射增压系统，包括进气阀门、引射器、调节阀门、压气机和高速电机；

进气阀门通过管路连接到压气机入口，压气机出口管路引出一路支管连接调节阀门，调节阀门通过管路连接引射器，引射器出口位于进气阀门和压气机入口之间的管路中，高速电机与压气机同轴相连。

应用于所述的一种电动压气机自引射增压系统的增压方法，具体包括以下几个步骤：

步骤一：压气机升温升压

环境空气通过进气阀门及管路进入压气机后，升温升压，压气机出口气体工质；

步骤二：引射器引射入口工质

将步骤一中得到的压气机出口气体工质，通过一个支路，用调节阀门调节其流量，引至进气阀门和压气机入口之间，经过引射器喷出，形成引射流，吸入流为环境空气1，引射流与吸入流混合，得到的混合流；

步骤三：重新进入压气机升压

步骤二中获得的混合流，继续进入压气机进行升温升压。

本发明的优点在于：采用引射器自引射增压后，采用单级压气机即可实现压比2.5及以上的需求，从而有效降低电动压气机的制造难度与成本，同时具有结构简单易于实现的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：

1.环境空气     2.进气阀门     3.引射器

4.调节阀门     5.压气机       6.高速电机

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种电动压气机自引射增压系统，如图1所示，包括进气阀门2、引射器3、调节阀门4、压气机5和高速电机6。

进气阀门2通过管路连接到压气机5入口，压气机5出口管路引出一路支管连接调节阀门4，调节阀门4通过管路连接引射器3，引射器3出口位于进气阀门2和压气机5入口之间的管路中，高速电机6与压气机5同轴相连。

所述的进气阀门2用于调节电动压气机5自引射增压系统的入口流量；

所述的压气机5用于给系统工质进行增压；

所述的调节阀门4用于调节引射器3的流量；

所述的引射器3用于喷射高温高压的引射流；

所述的高速电机6用于驱动压气机5。

工作时，环境空气1首先通过进气阀门2进入高速电机6驱动的压气机5，变成高温高压的气体。在压气机5出口处引出一部分气流，经过调节阀门4和管路，通过引射器3成为引射流。与低能量的吸入流环境空气相比，引射流具有高能量，两股不同能量的流体之间会形成一个剪切面，通过粘性剪切力和流体扩散的机械作用，高速引射流的动量和动能逐渐传递给吸入的低能流。当混合完成后，引射流和吸入流将成为能量和速度分布相同的一股流体，进入压气机5升温升压。由能量守恒与动量守恒可知，该混合流体的温度与压力均高于原吸入流的环境空气，进一步提高了压气机5的入口温度和压力。