操作多包环境控制系统的方法技术方案

提供一种环境控制系统(ECS)包，其包括初级热交换器、次级热交换器和空气循环机。所述空气循环机包括压缩机和涡轮机。所述压缩机流体耦接至所述初级热交换器的出口和所述次级热交换器的入口。所述次级热交换器的出口流体耦接到所述涡轮机。第一导管连接所述初级热交换器的所述出口和所述次级热交换器的所述入口。所述第一导管包括第一阀。第二导管将所述次级热交换器的所述出口连接到空气负荷。所述第二导管包括第二阀。

【技术实现步骤摘要】
操作多包环境控制系统的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2013年9月3日提交的美国临时专利申请第61/872，988号的权益，其全部内容通过引用并入本文。专利技术背景本专利技术的实施方案涉及飞行器环境控制系统，并且更具体地说，涉及飞行器环境控制系统的燃气涡轮发动机压缩机空气供应。在典型的燃气涡轮发动机中，压缩机压缩空气并且将该空气沿主流动路径传递到燃烧器，其中空气与燃料混合并且燃烧。燃烧混合物膨胀并且传递到涡轮机，涡轮机由于传递的燃烧混合物而被强制旋转。在飞行器上使用时，该系统的主要目的是为飞行器提供推进力。在一些燃气涡轮发动机中，由压缩机压缩的空气的一部分从主流动路径转向引气系统的引气入口。该压缩引气可以用于各种目的，例如给机翼除冰或给飞行器的客舱提供加压空气。因为引气通常处于不希望的高温，所以热交换器用于冷却引气。释放和冷却压缩空气通常不产生推力，从而降低了压缩机和整个燃气涡轮发动机的效率。此外，热交换器占据相当大的空间量并且会增加引气系统的总重量。专利技术概要根据本专利技术的一个实施方案，提供一种环境控制系统(ECS)包，其包括初级热交换器、次级热交换器、空气循环机和从空气中去除水分的可选构件(如冷凝热交换器)。所述空气循环机包括压缩机和涡轮机。所述压缩机流体耦接至所述初级热交换器的出口和所述次级热交换器的入口。冷凝热交换器可流体耦接至次级热交换器的出口。包括第一阀的第一导管将初级热交换器的出口连接到次级热交换器的入口以及涡轮机。包括第二阀的第二导管将次级热交换器的出口连接到空气负荷。根据本专利技术的另一个实施方案，提供了包括发动机和至少两个环境控制系统包的飞行器。每个环境控制系统包可配置以在至少两种操作模式中操作。控制器被配置成命令至少两个环境控制系统包在至少两种操作模式中的一种中操作。附图简述在说明书的开始部分的权利要求书中特别指明和清楚要求被视为本专利技术的主题。本专利技术的上述和其它特征以及优点从结合附图进行的下面详细描述变得明显，在附图中：图1是飞行器的燃气涡轮发动机的横截面图；图2是发动机舱总成内燃气涡轮发动机的另一横截面图；图3是飞行器的环境控制系统(ECS)的ECS包的示意图；图4是飞行器的环境控制系统(ECS)的另一ECS包的示意图；以及图5是流体耦接飞行器的燃气涡轮发动机和ECS包的引气供应系统的示意图。详述参照附图以举例的方式来说明本专利技术的实施方案以及优点和特征。具体实施方式现在参考图1和图2，示意性地图示被配置用于飞行器的燃气涡轮发动机20的实例。本文公开的燃气涡轮发动机20是双线轴涡轮风扇，其通常并入有风扇段22、压缩机段24、燃烧器段26和涡轮机段28。替代发动机可包括加力燃烧室段(未示出)以及其它系统或特征。风扇段22沿旁路流动路径驱动空气，同时压缩机段24沿核心流动路径驱动空气以进行压缩和传送到燃烧器段26并且然后通过涡轮机段28进行膨胀。虽然在公开的非限制性实施方案中描绘为涡轮风扇燃气涡轮发动机10，但是应当理解，本文描述的概念不限于与涡轮风扇使用，因为教导可以应用于其它类型的涡轮发动机，例如三线轴架构。发动机20通常包括低线轴30和高线轴32，其被安装成相对于发动机静态结构36经由若干轴承系统38绕着发动机中心纵向轴线A旋转。应理解，处于不同位置的不同轴承系统38可替代地或者额外地提供。低线轴30通常包括内轴40，其与风扇42、低压压缩机44和低压涡轮机46互连。内轴40可直接或通过齿轮架构48连接到风扇42以在不同的、通常比低线轴30低的速度下驱动风扇42。高线轴32包括外轴50，其与高压压缩机52和高压涡轮机54互连。燃烧器56被布置在高压压缩机52和高压涡轮机54之间。内轴40和外轴50是同心的并且绕与其纵向轴线共线的发动机中心纵向轴线A旋转。核心气流由低压压缩机44、然后高压压缩机52压缩，在燃烧器56中与燃料混合并且燃烧，然后在高压涡轮机56和低压涡轮机46上膨胀。响应于膨胀，涡轮机54、46旋转地驱动各自的低线轴30和高线轴32。参照图2，燃气涡轮发动机20安装到发动机机舱总成62内的发动机吊架结构60，其为针对亚音速操作设计的飞行器的典型。发动机舱总成62通常包括核心发动机舱64和风扇发动机舱66。应当理解，核心发动机舱64和风扇发动机舱66可以具有不同的配置。现在参考图3和图4，通过压缩机引气供应系统200(见图5)从燃气涡轮发动机20之一为飞行器的环境控制系统(ECS)的每个包100供应压缩机引气。ECS可以包括任何数量的ECS包100，其被配置以向飞行器的不同热负荷供应经调节的空气。来自供应系统200的引气输入到初级热交换器102，使得引气与冲压空气或周围空气处于热交换关系。提供给初级热交换器102和次级热交换器116二者的冲压空气或周围空气的量由可变入口113控制。引气于初级热交换器102中被冷却后，所得的较冷空气通过通道104传送到压缩机106，其中处引气被压缩至高压。压缩机106可位于与与第一涡轮机110和风扇112共同的轴108上。风扇112、压缩机106和第一涡轮机110一起限定空气循环机(ACM)。压缩空气离开压缩机106通过通道114并被提供给次级热交换器116，其被配置成通过与冲压空气或周围空气流动热交换来进一步冷却压缩空气。携带水蒸汽的压缩、冷却空气从次级热交换器116离开并且流过管道118到达冷凝热交换器120。冷凝热交换器120被配置成通过将水冷凝并且分离到水提取器122中来进一步冷却空气。除湿空气离开水提取器122并通过通道124提供给第一涡轮机110。通过ACM的第一涡轮机110，使引气膨胀并且使空气中的水蒸汽进一步冷凝。冷却空气流过通道126返回到冷凝热交换器120，其中所述空气被加热到相对温暖温度，且然后被供应给飞行器的空气负荷(示意性地图示在128)，例如供应给客舱。图4所示的ECS包100包括安装在风扇112、压缩机106和第一涡轮机110的轴108上的第二涡轮机130。引气流从第二通路126离开通过冷凝热交换器120后，引气被提供给第二涡轮机130，其中空气在被提供给飞行器的空气负荷128之前被进一步膨胀。在一个实施方案中，被配置以进一步冷却引气的再热器(未示出)可以被布置在次级热交换器116和冷凝热交换器120之间。本文所述的三轮(图3)和四轮(图4)ACMECS包100只是为了说明的目的，且具有另一配置的ACM的ECS包100在本专利技术的范围内。再次参照图3和图4所示的ECS包100，包括第一阀152的第一导管150将初级热交换器102的出口140连接到次级热交换器116的入口142。包括第二阀156的第二导管154从次级热交换器116的出口144延伸至飞行器的多个空气负荷128。第一阀152和第二阀156可以是任何类型的阀，包括但不限于例如止回阀、球阀和蝶形阀。第一阀和第二阀可操作地耦合到控制器160，其被配置以使每个阀在第一闭合位置和第二打开位置之间移动。控制器160可耦合到可变入口113以控制周围空气或冲压空气流过初级热交换器102和次级热交换器116。每个ECS包100被配置成在第一正常模式和第二旁路模式中操作。当ECS包100在第一正常模式中时，第一阀152和第二阀156被闭合使得引气以常规方式流过AC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环境控制系统(ECS)包，其包括：初级热交换器；次级热交换器；空气循环机，其包括压缩机和涡轮机，所述压缩机流体耦接到所述初级热交换器的出口和所述次级热交换器的入口，并且所述次级热交换器的出口流体耦接到所述涡轮机；第一导管，其连接所述初级热交换器的所述出口和所述次级热交换器的所述入口，所述第一导管包括第一阀；以及第二导管，其将所述次级热交换器的所述出口连接到空气负荷，所述第二导管包括第二阀。

【技术特征摘要】
2013.09.03 US 61/872988;2013.11.25 US 14/0885491.一种环境控制系统(ECS)包，其包括：初级热交换器；次级热交换器；空气循环机，其包括压缩机和涡轮机，所述压缩机流体耦接到所述初级热交换器的出口和所述次级热交换器的入口，并且所述次级热交换器的出口流体耦接到所述涡轮机；第一导管，其连接所述初级热交换器的所述出口和所述次级热交换器的所述入口，所述第一导管包括第一阀；以及第二导管，其将所述次级热交换器的所述出口连接到空气负荷，所述第二导管包括第二阀；其中所述ECS包被配置成在第一正常模式或第二旁路模式中操作，并且其中当所述ECS包在所述第二旁路模式中时，有限部分的引气流过所述空气循环机使得所述空气循环机以最小速度操作。2.根据权利要求1所述的ECS包，其还包括可操作地耦接到所述第一阀和所述第二阀中的至少一个的控制器，所述控制器被配置成使所述第一阀和所述第二阀在闭合位置和打开位置之间移动。3.根据权利要求2所述的ECS包，其中当所述ECS包在所述第一正常模式中时，所述第一阀和所述第二阀被闭合使得所述ECS包内的引气流过所述空气循环机。4.根据权利要求3所述的ECS包，其中当所述ECS包在所述第二旁路模式中时，所述第一阀和所述第二阀至少部分地打开使得流过所述ECS包的大多数引气绕过所述空气循环机。5.根据权利要求4所述的ECS包，其中所述控制器包括被配置以部分基于发动机引气压力以及输入所述ECS包的冲压空气温度和所述空气负荷的温度的差异来使所述ECS包的能量效率最大化的算法。6.一种飞行器，其包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：LJ布鲁诺，TM兹维亚克，DG德鲁，
申请(专利权)人：哈米尔顿森德斯特兰德公司，
类型：发明
国别省市：美国;US