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原文传递飞机膜制氮油箱惰化与座舱环境控制的耦合系统及方法

专利名称：	飞机膜制氮油箱惰化与座舱环境控制的耦合系统及方法
摘要：	本发明公开了一种飞机膜制氮油箱惰化与座舱环境控制的耦合系统，属于航空系统技术领域，本发明的系统为将飞行器燃油箱中空纤维膜制氮惰化系统与座舱环境控制系统耦合，即将惰化系统中高氧浓度的排气通过引射泵引射与环控系统中涡轮冷却器出口的低温气体混合，然后送至座舱，调节座舱内的温度、压力、氧气浓度及空气洁净度，保障司乘人员健康与生理需要。本发明有效减少了座舱环控系统的发动机引气量，降低了燃油代偿损失；增加座舱氧浓度水平，有利于提升座舱压力高度、减轻座舱结构重量；降低了膜制氮装置排气压力，增加分离膜内外压差，提高膜装置分离效率。
专利类型：	发明专利
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	刘卫华;彭孝天;张瑞华
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T06:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010010866.6
公开号：	CN111071467A
代理机构：	江苏圣典律师事务所
代理人：	王慧颖
分类号：	B64D37/32;B64D13/06;B64D13/08;B;B64;B64D;B64D37;B64D13;B64D37/32;B64D13/06;B64D13/08
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种飞机膜制氮油箱惰化与座舱环境控制的耦合系统，其特征在于，所述的耦合系统包括发动机引气，所述的发动机引气后分别设置两个股流通道，所述的发动机引气的其一股流通道后连接气体调节装置，气体调节装置后连接空气分离模块（16），空气分离模块（16）包含气体入口、富氮气体出口、富氧气体出口，所述的发动机引气通过气体调节装置调节后通过气体入口进入空气分离模块（16）；所述的空气分离模块（16）的富氮气体出口分别并联连接第二电动压力调节阀（17）、第二手动压力调节阀（18），所述的第二电动压力调节阀（17）、第二手动压力调节阀（18）的出口后依次连接第二流量传感器（19）、第一氧浓度传感器（20）、第二温度传感器（21）、第二压力传感器（22）、第一阻火器（23）、油箱（24）、第二阻火器（25），第二阻火器（25）的出口端将废气排至机外；油箱（24）上方分别设置有碳氢化合物浓度传感器（26）、第二氧气浓度传感器（27）、第三温度传感器（28）；所述的空气分离模块（16）的富氧气体出口依次连接引射泵（29）、第三氧气浓度传感器（30）、第四温度传感器（31）、第三压力传感器（32）、第三流量传感器（33）、第三控制阀（34）、混合阀（35）；所述的发动机引气的其二股流通道后通过第四控制阀（36）依次连接初级换热器（37）、压气机（38）、次级换热器（39）、涡轮（40）、第四氧气浓度传感器（41）、第五温度传感器（42）、第四压力传感器（43）、第四流量传感器（44）、第五控制阀（45）；所述的第五控制阀（45）连接至混合阀（35）的另一入口，上述的系统形成耦合系统。 2.根据权利要求1所述的一种飞机膜制氮油箱惰化与座舱环境控制的耦合系统，其特征在于，所述的气体调节装置与发动机引气的其一股流出口连接，气体调节装置依次为第一控制阀（1）、过滤器（2）、干燥机（3）、加热器（4）、湿度调节器（5）、臭氧转换器（6）、第二控制阀（7），以及第二控制阀（7）出口并联连接的第一电动压力调节阀（8）、第一手动压力调节阀（9）；以及所述的第一电动压力调节阀（8）、第一手动压力调节阀（9）出口后依次连接的第一压力传感器（10）、第一温度传感器（11）、第一流量传感器（12）、湿度传感器（13）、臭氧浓度传感器（14）、颗粒度检测仪（15）。 3.根据权利要求2所述的一种飞机膜制氮油箱惰化与座舱环境控制的耦合系统，其特征在于，所述的耦合系统通过自动控制器（46）控制，所述的自动控制器（46）包括一个电流输入端和一个电流输出端；所述的自动控制器（46）电流输出端并联连接第一控制阀（1）、加热器（4）、湿度调节器（5）、臭氧转换器（6）、第二控制阀（7）、第一电动压力调节阀（8）、第二电动压力调节阀（17）、引射泵（29）、第三控制阀（34）、第四控制阀（36）、第五控制阀（45）。 4.根据权利要求3所述的一种飞机膜制氮油箱惰化与座舱环境控制的耦合系统，其特征在于，所述的自动控制器（46）电流输入端并联连接第一压力传感器（10）、第一温度传感器（11）、第一流量传感器（12）、湿度传感器（13）、臭氧浓度传感器（14）、颗粒度检测仪（15）、第二流量传感器（19）、第一氧浓度传感器（20）、第二温度传感器（21）、第二压力传感器（22）、碳氢化合物浓度传感器（26）、第二氧气浓度传感器（27）、第三温度传感器（28）、第三氧气浓度传感器（30）、第四温度传感器（31）、第三压力传感器（32）、第三流量传感器（33）、第四氧气浓度传感器（41）、第五温度传感器（42）、第四压力传感器（43）、第四流量传感器（44）。 5.根据权利要求1所述的一种飞机膜制氮油箱惰化与座舱环境控制的耦合系统，其特征在于，所述的初级换热器（37）包含冷侧通道、热侧通道；所述的次级换热器（39）包含冷侧通道、热侧通道；所述的第四控制阀（36）通过管道依次连接有初级换热器（37）热侧通道、压气机（38）、次级换热器（39）热侧通道、涡轮（40）、第四氧气浓度传感器（41）、第五温度传感器（42）、第四压力传感器（43）、第四流量传感器（44）、第五控制阀（45）、混合阀（35）；所述的初级换热器（37）的冷侧通道、次级换热器（39）的冷侧通道相通，通过将初级换热器（37）的冷侧通道、次级换热器（39）的冷侧通道冲压空气排出机外。 6.根据权利要求1~5任一所述的一种飞机膜制氮油箱惰化与座舱环境控制的耦合系统的工作方法，其特征在于，所述的方法为：当油箱不处于惰化状态时，开启中空纤维膜制取富氮气体的机载制氮惰化系统，此时第一控制阀（1）、加热器（4）、湿度调节器（5）、臭氧转换器（6）、第二控制阀（7）、第一电动压力调节阀（8）、第二电动压力调节阀（17）、引射泵（29）、第三控制阀（34）、第四控制阀（36）、第五控制阀（45）打开；发动机引气其一股流经第一控制阀（1）后进入系统，先在过滤器（2）、干燥机（3）中进行过滤、干燥处理，然后分别在加热器（4）、湿度调节器（5）中进行调温、调湿，在臭氧转换器（6）中将臭氧除去，流过第二控制阀（7），在第一电动压力调节阀（8）或第一手动压力调节阀（9）中进行压力调节；所述第一压力传感器（10）、第一温度传感器（11）、第一流量传感器（12）、湿度传感器（13）、臭氧浓度传感器（14）、颗粒度检测仪（15）分别测得分离膜前气体的压力、温度、流量、湿度、臭氧浓度、颗粒度等参数并将信号传输到所述自动控制器（46），自动控制器（46）分别输出反馈信号给加热器（4）、湿度调节器（5）、臭氧转换器（6）、第二控制阀（7）、第一电动压力调节阀（8）；调节后的气体进入空气分离模块（16），产生富氮气体及富氧气体；所述富氮气体在第二电动压力调节阀（17）或第二手动压力调节阀（18）中进行压力调节，依次流过第二流量传感器（19）、第一氧浓度传感器（20）、第二温度传感器（21）、第二压力传感器（22）、第一阻火器（26）后，流入油箱（24）进行冲洗惰化，油箱中多余气体流经第二阻火器（25）后排至机外；发动机引气其二股流经第四控制阀（36）后，首先在初级换热器（37）热侧通道中被冲压空气冷却，然后进入用涡轮（40）驱动的压气机（38）中升压，在次级换热器（39）中被冲压空气再次冷却后流入涡轮（40）进行膨胀降温；低温低压的气体依次流经第四氧气浓度传感器（41）、第五温度传感器（42）、第四压力传感器（43）、第四流量传感器（44）、第五控制阀（45）、混合阀（35）其一入口；空气分离模块（16）产生的富氧气体在引射泵（29）抽吸作用下，依次流过第三氧气浓度传感器（30）、第四温度传感器（31）、第三压力传感器（32）、第三流量传感器（33）、第三控制阀（34），与来自环控系统的低温空气在混合阀（35）中混合，然后送至座舱供司乘人员呼吸使用；第三氧气浓度传感器（30）、第四温度传感器（31）、第三压力传感器（32）、第三流量传感器（33）、第四氧气浓度传感器（41）、第五温度传感器（42）、第四压力传感器（43）、第四流量传感器（44）将采集的信号传输到所述自动控制器（46），自动控制器（46）通过调节第三控制阀（34）、第五控制阀（45）的开度来调节流入座舱混合气体的温度、压力。
所属类别：	发明专利