[发明专利]综合利用飞机舱室压力的环控与制氮耦合系统及工作方法

说明书

本发明公开了一种综合利用飞机舱室压力的环控与制氮耦合系统及工作方法，属于飞行器机载机电系统领域，本发明利用升压式系统中的压气机提升两组制冷包冷却涡轮和中空纤维膜制氮装置入口压力、逆升压式系统中的压气机提升机载制氮系统中排放的富氧气体压力，以增加进入座舱调制气体的氧分压。本发明采用耦合设计方法充分回收利用了机载制氮燃油箱惰化系统中排放的富氧气体，有效提高了座舱氧分压，不仅增强了乘员舒适性，降低了高空缺氧给乘客带来的不良反应；而且充分利用了座舱和设备舱的压力差，使得系统能量利用率高，且结构简单，易于调节和控制、具有高的可靠性和可实现性。

技术领域

本发明属于飞行器机载机电系统领域，尤其涉及一种综合利用飞机舱室压力的环控与制氮耦合系统及工作方法。

背景技术

高空飞行中，飞机舱室环境控制十分关键，它保障了乘员的生理安全需要和设备舱冷却负荷要求，但其引气量大小直接影响着飞机燃油代偿损失和运行的经济性，因此，在满足乘员生理安全需要的基础上，降低飞机发动机压气机引气量、提高引气流的能量利用率是环控系统设计工作重点，然而，当前飞机舱室环境控制系统普遍采用了三轮升压式制冷包来同时满足座舱和设备舱冷却负荷需要，它并未充分利用座舱和设备舱的压力差，因此也未充分利用引气流的可用能。

为了保障乘员的生命安全，处于高空环境的飞机座舱需要增压，以提高座舱环境中气体的氧分压，保障乘员正常呼吸需要，但座舱增压的同时也带来了座舱内外压差的增加，它不仅可能导致爆破减压时对乘员产生的更大伤害，而且使得座舱结构强度要求更高，飞机重量增加；因此，当前在飞机座舱环境控制系统设计中，均是以乘员生理安全极限作为控制指标，在不导致乘员生理损伤的前提下，尽可能降低座舱内外压差，它直接带来了座舱氧分压不足、乘员舒适感差、甚至导致疾病产生等一系列问题。当代民机市场的竞争，座舱舒适性竞争是关键，因此，提高座舱氧分压、给乘客带来更好的乘机感受十分重要。

综上所述，如何充分利用座舱和设备舱的压力差，提高引气流的能量利用率；如何提升座舱环境氧分压，满足乘员生理与舒适性要求；是当前环控系统设计需解决的瓶颈问题。

与此同时，飞机燃油箱燃烧爆炸会对飞行安全构成极大威胁，同时伴随着巨大的经济损失及恶劣的社会影响。自有动力飞行以来，油箱燃爆就成为一个与飞机燃油系统设计和使用相关、反复出现的问题。

要抑制飞机燃油系统的燃烧与爆炸，提高飞机的安全性，无疑，可以从控制点火源、氧气浓度、可燃蒸汽浓度和减轻燃油蒸汽点燃影响等方面着手。为此，美国军方及民用航空业均开展了大量相关研究，美国民航总局（FAA）已颁布了一系列的修正案、咨询通告和适航规章，强制要求在民用飞机燃油箱内采用有效技术措施以减少点火源（SFAR 88）、降低可燃蒸气浓度（AC 25.981-2A）、降低运输类飞机燃油箱可燃性暴露时间（FAR 25.981）。基于上述适航规章的要求，燃油箱防火抑爆系统设计逐渐步入实用阶段，以为飞机及飞机燃油系统提供安全保障。

大量地面与飞行试验研究和各种防火抑爆技术措施的实际应用结果已表明：机载燃油箱惰化，是保障油箱安全性的一项可行、高效、经济的技术方法。机载燃油箱惰化是指惰性气体由机载设备产生，并用之充填燃油箱上部气相空间，以保障油箱的安全。随着膜分离技术的突破，中空纤维膜燃油箱惰化技术已成为当前军机、民机燃油箱惰化的主流技术，它将引气进行限流、降温、除杂等预处理，再经过中空纤维膜空气分离器进行氧氮分离，形成高浓度的富氮气体，富氮气体经过分配系统输送至油箱，而分离出来的富氧气体则作为废气排出机外，它不仅造成了浪费，而且带来了安全隐患。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的安全隐患、浪费资源等技术缺陷，提供一种综合利用飞机舱室压力的环控与制氮耦合系统与工作方法，综合利用了飞机座舱与设备舱的不同压力，将环控与机载制氮燃油箱惰化进行系统级设计耦合，解决了上述的问题。

本发明是这样实现的：