Система кондиционирования воздуха летательного аппарата
Предлагаемое техническое решение касается полезной модели, как объекта промышленной собственности, и относится к авиационному оборудованию, предназначенному для обеспечения комфортных условий в кабинах и салонах летательного аппарата. Известны системы кондиционирования воздуха, содержащие несколько магистралей с расположенными в них теплообменниками и трехколесной турбохолодильной машиной и управляемыми соответствующими по назначению блоками регулирования дросселирующими устройствами. Ожидаемый технический результат предполагаемой полезной модели состоит в расширении области применения системы кондиционирования, возможности выполнения выходных параметров при отказавшей турбохолодильной машине. Технический результат достигается тем, что она снабжена переключателем спецрежима и дополнительным датчиком температуры, установленным за компрессором и образующим совместно с датчиком температуры перед компрессором программный задатчик, который подключен ко входу блока регулирования температуры перед компрессором, а контакты переключателя спецрежима, подключенного к источнику питания через контакт сигнализатора высотности полета летательного аппарата, включены в цепи управления дросселирующего устройства первой дополнительной магистрали - нормально-открытый в цепь «на открытие», - нормально-закрытый в цепь «на закрытие», при этом блок регулирования температуры за турбохолодильником, в части цепи сигнала рассогласования задания и текущего значения температуры, дополнительно подключен к блоку регулирования температуры перед компрессором через нормально-открытый контакт переключателя спецрежима и пропорциональный усилитель сигнала параллельно программному задатчику.
Предложение касается полезной модели, как объекта промышленной собственности, и относится к области авиационного оборудования, в частности, к системе кондиционирования воздуха летательного аппарата.
Системы кондиционирования воздуха летательного аппарата обеспечивают жизнедеятельность экипажа и создают комфортные условия для пассажиров. Отказы подобных систем приводят к понижению конкурентоспособности летательных аппаратов. Для устранения отказов требуются значительные затраты как финансовые так и временные. Наиболее уязвимой частью таких систем является турбохолодильная машина, работающая на больших оборотах, более 40000 об/мин, при резко изменяемых параметрах по давлению и температуре рабочего воздуха.
Для обеспечения работоспособности системы оснащаются большим количеством регуляторов, отказ которых приводит к отказу системы кондиционирования.
Известна система кондиционирования воздуха на летательном аппарате [1], содержащая турбохолодильную машину и оснащенная регуляторами расхода и температуры. Эта система не содержит средств для обеспечения функционирования при отказах ее отдельных элементов, таких как турбохолодильная машина, регуляторы расхода и температуры.
Известна система кондиционирования воздуха [2] летательного аппарата содержащая основную магистраль с расположенными в ней друг за другом регулятором расхода, двумя теплообменниками, охлаждаемыми атмосферным воздухом, и установленный между ними компрессор, механически связанный общим валом с турбиной, расположенной на выходе указанной магистрали, и с вентилятором, установленным на выходе тракта охлаждающего воздуха, и дополнительную магистраль, обводящую турбохолодильник, с расположенным в ней дросселирующим устройством, имеются также датчики параметров воздуха, связанные с соответствующими блоками регулирования температуры и расхода.
Эта система не содержит средств для обеспечения функционирования при отказах ее отдельных элементов, таких как турбохолодильная машина, регуляторы расхода и температуры.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту, принятым в качестве прототипа, является система кондиционирования воздуха [3], содержащая основную магистраль с расположенными в ней друг за другом регулятором расхода, двумя теплообменниками, охлаждаемыми атмосферным воздухом через управляемое дросселирующее устройство, и установленный между ними компрессор, механически связанный общим валом с турбиной, расположенной на выходе указанной магистрали, и с вентилятором установленным на выходе тракта охлаждающего воздуха. Помимо этого она содержит первую дополнительную магистраль,
обводящую турбину и вторую дополнительную магистраль, обводящую компрессор и теплообменник за ним, с расположенными в них управляемыми дросселирующими устройствами. А также содержит сигнализатор высотности полета летательного аппарата и датчики температуры, установленные в основной магистрали перед компрессором и на ее выходе за турбиной и связанные с соответствующими блоками регулирования температуры перед компрессором и за турбохолодильником. Блоки регулирования связанны с регулируемыми дросселирующими устройствами в тракте охлаждающего атмосферного воздуха и в первой обводной магистрали.
В этой системе при отказе турбохолодильной машины или регулятора температуры воздуха на ее выходе система кондиционирования становится неуправляемой. В тоже время, схемное решение системы позволяет обеспечивать на большинстве режимов работы летательного аппарата необходимые характеристики. Так, при работе на высотных режимах или режимах наземных зимой можно обеспечивать требуемую температуру на выходе за счет использования только имеющихся в системе теплообменников, но для этого в известной системе нет дополнительных средств управления.
Целью настоящего предложения (ожидаемым техническим результатом) является расширение области работоспособности системы кондиционирования и при отказе отдельных элементов, входящих в ее состав.
Поставленная цель достигается тем, что она снабжена переключателем спецрежима и дополнительным датчиком температуры, установленным за компрессором, образующим совместно с датчиком температуры перед компрессором программный задатчик, который подключен ко входу блока регулирования температуры перед компрессором, а контакты переключателя спецрежима, подключенного к источнику питания через контакт сигнализатора высотности полета летательного аппарата, включены в цепи
включения регулятора расхода и управления дросселирующего устройства первой дополнительной магистрали - нормально-открытый в цепь «на открытие», - нормально-закрытый в цепь «на закрытие», при этом блок регулирования температуры за турбиной, в части цепи сигнала рассогласования задания и текущего значения температуры, дополнительно подключен к блоку регулирования температуры перед компрессором через нормально-открытый контакт переключателя спецрежима и пропорциональный усилитель сигнала параллельно программному задатчику.
В результате анализа технической и патентной литературы в данной области техники не обнаружено технических решений, которые обладали бы признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа [3]. Следовательно заявляемый объект отвечает критерию "новизна".
Заявляемая полезная модель является "промышленно приемлемой", что подтверждается нижеследующим описанием со ссылками на чертежи в количестве 2 листов.
На чертеже (фиг.1) представлена принципиальная схема системы кондиционирования с теплоэнергетическими агрегатами и элементами автоматического регулирования параметров системы.
На чертеже (фиг.2) представлены функциональные схемы отдельных регуляторов и их взаимосвязи.
Система кондиционирования содержит основную магистраль 1 с расположенными в ней друг за другом регулятором расхода 2, с входящими элементами (блоком управления 3, мерным устройством 4 и дросселирующими устройствами: основным 5 и дополнительным 6), теплообменниками 7 и 8, которые охлаждаются атмосферным воздухом через дросселирующее устройство 9 (электроприводная заслонка). Забор воздуха из атмосферы осуществляется по тракту 10 охлаждающего воздуха, от скоростного напора, либо вентилятором 11. Между теплообменниками 7 и 8 расположен компрессор 12, механически связанный общим валом 13 с
турбиной 14 и вентилятором, совместно образующими турбохолодильную машину (турбохолодильник). Система также содержит две дополнительные магистрали 15 и 16. Первая дополнительная магистраль 15с установленным в ней дросселирующим устройством 17 (электроприводная заслонка) обводит турбину 14. Вторая дополнительная магистраль 16 с установленным в ней дросселирующим устройством 6 (электроприводная заслонка) обводит компрессор 12 и теплообменник 8. Система также содержит регуляторы температуры на выходе из системы и перед компрессором включающие в себя блоки управления 18 и 19, датчики температуры 20 и 21, дросселирующие устройства 17 и 9, программный задатчик 22 с датчиками 21 и 23. Блок управления 18 включает в себя задатчик 24, пропорциональный усилитель 25 и релейно-импульсный усилитель 26. Блок управления 19 имеет релейно-импульсный усилитель 27. Система снабжена высотным сигнализатором 28 и переключателем спецрежима 29. Система включается в работу кнопкой 30.
На крейсерских режимах и других этапах эксплуатации летательного аппарата давление воздуха на входе основной магистрали 1 определяется режимом работы двигателей. Оно может повышаться или понижаться. Требуемый для работы системы кондиционирования расход воздуха обеспечивается за счет работы регулятора расхода 2, в котором мерное устройство 4 передает сигнал о величине текущего расхода на блок управления 3, а последний, управляя дроссельным устройством 5, обеспечивает заданное значение расхода. Если давление в основной магистрали 1 мало, то дроссельное устройство 5 может полностью открыться, при этом необходимый расход обеспечивается открытием дроссельного устройства 6 во второй дополнительной магистрали 16. Охлаждение воздуха обеспечивается в теплообменниках 7 и 8, а также за счет работы турбохолодильной машины. Регулирование температуры воздуха производится перед компрессором 12 и на выходе основной магистрали, для чего имеются блоки управления 18 и 19 с датчиками
температуры 20 и 21. Каждый блок управления имеет задатчики температуры 22 и 24. При отклонении температуры от заданной блоки вырабатывают импульсные силовые сигналы в релейно-импульсных усилителях 26 и 27, которые поступают на электроприводы дросселирующих устройств 9 и 17, расположенных в тракте охлаждающего воздуха 10 и в первой дополнительной магистрали 15. Сигналы поступают или на "открытие" или на "закрытие". Т.к. работа обоих регуляторов температуры построена на выполнение единой цели: снижения температуры входного воздуха до значения, определяемого задатчиком 24, то регулятор температуры перед компрессором должен повторять требования, диктуемые регулятором температуры на выходе основной магистрали 1. Поэтому задатчик 22 регулятора температуры перед компрессором выполнен программным. Он сравнивает температуры измеряемые датчиками 23 и 21, т.к. перепад этих температур определяется мощностью, развиваемой турбохолодильной машиной. Большая мощность определяется режимом большего охлаждения и наоборот. Поэтому программный задатчик 22 обеспечивает задание температуры при большей мощности - минимальное, при меньшей -максимальное.
При отказе турбохолодильной машины воздух в ней не охлаждается, температура на выходе основной магистрали становится выше требуемой, по задатчику 24, блок регулирования 18 выдает сигнал на закрытие дросселирующего устройства 17, что является отказом всей установки охлаждения. Подобная ситуация возникает и при отказе датчика температуры 20.
На высотных режимах работы летательного аппарата, в связи с наличием отрицательной температуры забортного воздуха, возможна работа установки за счет продувки теплообменников 7 и 8, для чего необходимо принудительно открыть первую дополнительную магистраль 15, что возможно при установке переключателя спецрежима 29 в соответствующее положение. При этом создается цепь через его нормально открытый контакт
на подачу электропитания на обмотку "открытие" привода дроссельного устройства 17. Оно открывается независимо от сигналов с релейно-импульсного усилителя 26. В цепи сигнала рассогласования блока управления 18 накапливается сигнал, который через нормально-открытый контакт переключателя спецрежима поступает усиленный в пропорциональном усилителе 25 в программный задатчик 22. Т.к. турбохолодильная машина отказала, и нет сжатия воздуха в компрессоре 12, то величина поступившего сигнала является заданием температуры в блоке 19, который управляя дроссельным устройством 9 изменяет подачу охлаждающего воздуха по тракту 10, следовательно меняет температуру воздуха на выходе основной магистрали 1.
При снижении летательного аппарата температура забортного воздуха повышается, поэтому на заданной высоте высотный сигнализатор 28 отключает переключатель спецрежима 29 независимо от положения кнопки 30 включения системы.
Таким образом, описанная система кондиционирования воздуха летательного аппарата расширяет область ее применения по сравнению с прототипом за счет расширения зоны регулируемой температуры перед компрессором и ее взаимосвязи с поддержанием температуры на выходе, а также за счет организации режима охлаждения только при помощи теплообменников.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Авторское свидетельство №1016935, класс В 64 D 13/06
2. Авторское свидетельство №1159381, класс F 25 В 9/00
3. Руководство по летной эксплуатации ТУ204 - 120 с. Эксплуатация систем и оборудования. Глава 8.11 Кондиционирование воздуха. Рис8.11.2
Система кондиционирования воздуха летательного аппарата, содержащая основную магистраль с расположенными в ней друг за другом регулятором расхода, двумя теплообменниками, охлаждаемыми атмосферным воздухом через управляемое дросселирующее устройство, установленным между ними компрессором, механически связанным общим валом с турбиной, расположенной на выходе указанной магистрали, и с вентилятором, установленным на выходе тракта охлаждающего воздуха, первую дополнительную магистраль, обводящую турбохолодильник, и вторую дополнительную магистраль, обводящую компрессор и теплообменник за ним, с расположенными в них управляемыми дросселирующими устройствами, а также сигнализатор высотности полета летательного аппарата и датчики температуры, установленные в основной магистрали перед компрессором и на ее выходе за турбиной и связанные с соответствующими блоками регулирования температуры за турбиной и перед компрессором, а блоки связаны с регулируемыми дросселирующими устройствами в первой обводной магистрали и тракте охлаждающего атмосферного воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена релейным переключателем и дополнительным датчиком температуры, установленным за компрессором, образующим совместно с датчиком температуры перед компрессором программный задатчик, который подключен ко входу блока регулирования температуры перед компрессором, а контакты релейного переключателя, подключенного к источнику питания через контакт сигнализатора высотности полета летательного аппарата, включены в цепи управления дросселирующего устройства первой дополнительной магистрали - нормально-открытый в цепь “на открытие”, - нормально-закрытый в цепь “на закрытие”, при этом блок регулирования температуры за турбохолодильником, в части цепи сигнала рассогласования задания и текущего значения температуры, дополнительно подключен к блоку регулирования температуры перед компрессором через нормально-открытый контакт переключателя и пропорциональный усилитель сигнала параллельно программному задатчику.
