[發明專利]飛機膜制氮油箱惰化與座艙環境控制的耦合系統及方法

有效

• 申請號: 202010010866.6
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111071467B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 劉衛華;彭孝天;張瑞華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64D37/32
• 分類號: B64D37/32;B64D13/06;B64D13/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 王慧穎

1.一種飛機膜制氮油箱惰化與座艙環境控制的耦合系統，其特征在于，所述的耦合系統包括發動機引氣，所述的發動機引氣后分別設置兩個股流通道，所述的發動機引氣的其一股流通道后連接氣體調節裝置，氣體調節裝置后連接空氣分離模塊（16），空氣分離模塊（16）包含氣體入口、富氮氣體出口、富氧氣體出口，所述的發動機引氣通過氣體調節裝置調節后通過氣體入口進入空氣分離模塊（16）；

所述的空氣分離模塊（16）的富氮氣體出口分別并聯連接第二電動壓力調節閥（17）、第二手動壓力調節閥（18），所述的第二電動壓力調節閥（17）、第二手動壓力調節閥（18）的出口后依次連接第二流量傳感器（19）、第一氧濃度傳感器（20）、第二溫度傳感器（21）、第二壓力傳感器（22）、第一阻火器（23）、油箱（24）、第二阻火器（25），第二阻火器（25）的出口端將廢氣排至機外；油箱（24）上方分別設置有碳氫化合物濃度傳感器（26）、第二氧氣濃度傳感器（27）、第三溫度傳感器（28）；

所述的空氣分離模塊（16）的富氧氣體出口依次連接引射泵（29）、第三氧氣濃度傳感器（30）、第四溫度傳感器（31）、第三壓力傳感器（32）、第三流量傳感器（33）、第三控制閥（34）、混合閥（35）；

所述的發動機引氣的其二股流通道后通過第四控制閥（36）依次連接初級換熱器（37）、壓氣機（38）、次級換熱器（39）、渦輪（40）、第四氧氣濃度傳感器（41）、第五溫度傳感器（42）、第四壓力傳感器（43）、第四流量傳感器（44）、第五控制閥（45）；所述的第五控制閥（45）連接至混合閥（35）的另一入口，上述的系統形成耦合系統；

所述的氣體調節裝置與發動機引氣的其一股流出口連接，氣體調節裝置依次為第一控制閥（1）、過濾器（2）、干燥機（3）、加熱器（4）、濕度調節器（5）、臭氧轉換器（6）、第二控制閥（7），以及第二控制閥（7）出口并聯連接的第一電動壓力調節閥（8）、第一手動壓力調節閥（9）；以及所述的第一電動壓力調節閥（8）、第一手動壓力調節閥（9）出口后依次連接的第一壓力傳感器（10）、第一溫度傳感器（11）、第一流量傳感器（12）、濕度傳感器（13）、臭氧濃度傳感器（14）、顆粒度檢測儀（15）；

所述的耦合系統通過自動控制器（46）控制，所述的自動控制器（46）包括一個電流輸入端和一個電流輸出端；

所述的自動控制器（46）電流輸出端并聯連接第一控制閥（1）、加熱器（4）、濕度調節器（5）、臭氧轉換器（6）、第二控制閥（7）、第一電動壓力調節閥（8）、第二電動壓力調節閥（17）、引射泵（29）、第三控制閥（34）、第四控制閥（36）、第五控制閥（45）。

2.根據權利要求1所述的一種飛機膜制氮油箱惰化與座艙環境控制的耦合系統，其特征在于，所述的自動控制器（46）電流輸入端并聯連接第一壓力傳感器（10）、第一溫度傳感器（11）、第一流量傳感器（12）、濕度傳感器（13）、臭氧濃度傳感器（14）、顆粒度檢測儀（15）、第二流量傳感器（19）、第一氧濃度傳感器（20）、第二溫度傳感器（21）、第二壓力傳感器（22）、碳氫化合物濃度傳感器（26）、第二氧氣濃度傳感器（27）、第三溫度傳感器（28）、第三氧氣濃度傳感器（30）、第四溫度傳感器（31）、第三壓力傳感器（32）、第三流量傳感器（33）、第四氧氣濃度傳感器（41）、第五溫度傳感器（42）、第四壓力傳感器（43）、第四流量傳感器（44）。

3.根據權利要求2所述的一種飛機膜制氮油箱惰化與座艙環境控制的耦合系統，其特征在于，所述的初級換熱器（37）包含冷側通道、熱側通道；所述的次級換熱器（39）包含冷側通道、熱側通道；所述的第四控制閥（36）通過管道依次連接有初級換熱器（37）熱側通道、壓氣機（38）、次級換熱器（39）熱側通道、渦輪（40）、第四氧氣濃度傳感器（41）、第五溫度傳感器（42）、第四壓力傳感器（43）、第四流量傳感器（44）、第五控制閥（45）、混合閥（35）；所述的初級換熱器（37）的冷側通道、次級換熱器（39）的冷側通道相通，通過將初級換熱器（37）的冷側通道、次級換熱器（39）的冷側通道沖壓空氣排出機外。

4.根據權利要求3所述的一種飛機膜制氮油箱惰化與座艙環境控制的耦合系統的工作方法，其特征在于，所述的方法為：

當油箱不處于惰化狀態時，開啟中空纖維膜制取富氮氣體的機載制氮惰化系統，此時第一控制閥（1）、加熱器（4）、濕度調節器（5）、臭氧轉換器（6）、第二控制閥（7）、第一電動壓力調節閥（8）、第二電動壓力調節閥（17）、引射泵（29）、第三控制閥（34）、第四控制閥（36）、第五控制閥（45）打開；

發動機引氣其一股流經第一控制閥（1）后進入系統，先在過濾器（2）、干燥機（3）中進行過濾、干燥處理，然后分別在加熱器（4）、濕度調節器（5）中進行調溫、調濕，在臭氧轉換器（6）中將臭氧除去，流過第二控制閥（7），在第一電動壓力調節閥（8）或第一手動壓力調節閥（9）中進行壓力調節；所述第一壓力傳感器（10）、第一溫度傳感器（11）、第一流量傳感器（12）、濕度傳感器（13）、臭氧濃度傳感器（14）、顆粒度檢測儀（15）分別測得分離膜前氣體的壓力、溫度、流量、濕度、臭氧濃度、顆粒度，并將信號傳輸到所述自動控制器（46），自動控制器（46）分別輸出反饋信號給加熱器（4）、濕度調節器（5）、臭氧轉換器（6）、第二控制閥（7）、第一電動壓力調節閥（8）；

調節后的氣體進入空氣分離模塊（16），產生富氮氣體及富氧氣體；所述富氮氣體在第二電動壓力調節閥（17）或第二手動壓力調節閥（18）中進行壓力調節，依次流過第二流量傳感器（19）、第一氧濃度傳感器（20）、第二溫度傳感器（21）、第二壓力傳感器（22）、第一阻火器（23）后，流入油箱（24）進行沖洗惰化，油箱中多余氣體流經第二阻火器（25）后排至機外；

發動機引氣其二股流經第四控制閥（36）后，首先在初級換熱器（37）熱側通道中被沖壓空氣冷卻，然后進入用渦輪（40）驅動的壓氣機（38）中升壓，在次級換熱器（39）中被沖壓空氣再次冷卻后流入渦輪（40）進行膨脹降溫；低溫低壓的氣體依次流經第四氧氣濃度傳感器（41）、第五溫度傳感器（42）、第四壓力傳感器（43）、第四流量傳感器（44）、第五控制閥（45）、混合閥（35）其一入口；

空氣分離模塊（16）產生的富氧氣體在引射泵（29）抽吸作用下，依次流過第三氧氣濃度傳感器（30）、第四溫度傳感器（31）、第三壓力傳感器（32）、第三流量傳感器（33）、第三控制閥（34），與來自環控系統的低溫空氣在混合閥（35）中混合，然后送至座艙供司乘人員呼吸使用；

第三氧氣濃度傳感器（30）、第四溫度傳感器（31）、第三壓力傳感器（32）、第三流量傳感器（33）、第四氧氣濃度傳感器（41）、第五溫度傳感器（42）、第四壓力傳感器（43）、第四流量傳感器（44）將采集的信號傳輸到所述自動控制器（46），自動控制器（46）通過調節第三控制閥（34）、第五控制閥（45）的開度來調節流入座艙混合氣體的溫度、壓力。