[实用新型]带膨胀机的机载制氧-制氮耦合系统

说明书

本实用新型公开了带膨胀机的机载制氧‑制氮耦合系统，属于航空系统技术领域。具体原理为：来自发动机压气机的引气被稳压、冷却后分成两路，一路给膨胀机做工来驱动两套压缩机；另一路被第一压缩机升压后通过中空纤维膜制氮系统，制取富氮气体用于惰化飞行器燃油箱；制氮系统中的排放废气（富氧气体）被另第二压缩机升压后通过分子筛制氧系统得到氧气，氧气流入座舱或驾驶舱，作为氧气输出，供机组人员呼吸所用。系统无电驱动设备，制造可行、分离膜效率高、运行可靠，体积小，重量轻，符合机载设备的要求。

技术领域

本实用新型属于航空系统技术领域，涉及一种机载制氧-制氮耦合系统，特别涉及带膨胀机的机载制氧-制氮耦合系统。

背景技术

众所周知，为保证长时间的续航供氧，先进战机已经摒弃了传统的气氧、液氧作为唯一供氧源的方法，而转向了采用机载制氧技术。它以取之不尽的空气作为供氧源，通过机载设备对空气的分离，来满足机组人员呼吸用氧的需要。因此，它彻底改变了飞机续航时间受制于机载氧源的局面，给航空供氧系统带来了革命性的变化。不仅仅如此，机载制氧技术还大大降低了后勤保障的难度，减小了飞机的代偿损失。目前，机载制氧技术已经成为第三代和第四代战斗机供氧防护救生的重要性能标志之一。

与此同时，飞机燃油系统起火或爆炸是引起飞机失事的主要原因之一，飞机燃油系统的防火防爆能力，不仅直接关系到飞机生存力和易损性，同时也关系到飞机的利用率、成本以及人员安全。因此，如何提高油箱的防火防爆能力，也就成为了人们极为关注的研究问题。特别是随着飞行速度及性能的提高，它所带来的气动加热与电子设备热负荷的增大，使得现代飞行器将普遍趋于采用燃油综合热管理技术，进一步导致燃油温度上升，增加飞机油箱起火爆炸的概率。因此，对于现代飞行器，迫切需要采用有效措施，使得飞机燃油箱始终处于安全状态，即提高燃油系统的防火防爆能力。为满足该需要，提高燃油箱的防火防爆能力的油箱惰化技术的具体措施——机载制氮技术也就应运而生了。在国外，该技术已经得到了较深入的研究，并开始应用于战斗机、直升机、运输机及民用机等不同飞机机型上。

由此可见，机载制氧、机载制氮都是现代军用机发展所必须采用的新技术，它也体现了当前机载设备的发展趋势。就当前机载制氧、机载制氮技术研究及应用现状而言，它们都趋于采用从飞机发动机压气机（或环控系统）中引气，并利用现代分离技术对其进行分离，来制取高浓度的氧气和富氮气体。目前，机载制氧和机载制氮系统均为独立系统，分别从发动机引气生成所需的氧氮气体，由于分离效率的限制，所得的产品气仅占全部引气量的一小部分，大多气体被作为废气排出，因此总引气量很大，造成较大的代偿损失，而不论膜分离还是分子筛分离方法，其分离效率与入口气体的组成有较大关系，以分子筛制氧为例，如果入口气体的氧浓度越高，则分离效率也越高，因此，如果能实现机载制氧-制氮系统的耦合，并充分利用制氮（制氧）系统的排放气体，则可大大地减少飞机发动机压气机的引气量、增加分离装置的效率，降低系统总重量及总体积。然而，由于机载制氧、制氮系统的工作条件、流量要求等各不相同，有时候甚至相互冲突，要研制这样的耦合系统存在着一定技术难度。

早在1986年5月，美国某公司就承接了某飞机机载制氧、制氮综合系统的研制任务。其中，制氧系统将为四名机组人员呼吸提供所需要的氧气，而制氮系统则用以产生富氮气体来惰化该飞机的油箱。然后，就该所设计的综合系统而言，它还存在这如下不足：第一，该所提出的系统还仅仅只是综合了机载制氧、制氮系统，而不是耦合。第二，该系统均采用分子筛变压吸附空气分离方法，虽然该方法也具有寿命长、重量轻等优点，但是与当前的中空纤维分离制氮方法比较，它还存在着引气量及环境和介质温度对分子筛组件性能影响较大、工作可靠性较低等缺陷。

实用新型内容

为了克服现有的飞机机载制氧、制氮系统不能有效地减少发动机压缩机引气量，系统复杂，工作可靠性低等不足，本实用新型提供了一种新型机载制氧、制氮耦合系统。

本实用新型是这样实现的：