机载惰性气体生成系统技术方案

一种用于航空器的机载惰性气体生成系统，其接收来自相对低压源如低压发动机引气或冲压空气的空气并将其输送到正排量压缩机(20)以提高该气体压力，使其适于供应至气体分离模块(48)。该正排量压缩机包括具有内部冷却机构的高压力比单级增压器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机载惰性气体生成系统
本专利技术涉及用于在航空器上生成惰性气体以促成航空器的燃料箱和其它区域惰性化的机载惰性气体生成系统。
技术介绍
在本说明书中采用被广泛接受的技术术语，其中术语‘惰性气体生成’意指生成缺氧或‘富氮气氛’(ΝΕΑ)。近年用复合材料构造航空器机翼的趋势意味着由于复合材料较低的导热性，燃料箱内温度会高于由传统材料制成的机翼温度。因此，由于所经受的高温，更有必要高效地惰性化在复合材料机翼中的航空器燃料箱。众所周知使用一个或多个过滤器或‘气体分离模块’(ASMs)，其允许供给的进气分离为富氮气体(NEA)部分和富氧气体(OEA)部分。为了高效地运行气体分离模块，需以相对高的压力(通常40磅/平方英寸(2.76 X 15Pag)或更大)供应进气给该模块。可以在较低压力下工作，但这将意味着需要更多气体分离模块，导致重量和复杂性增加，这不是所期望的。作为示例，如果向ASM供给的空气达到15磅/平方英寸，那么将需要每个重约27千克的十个ASMs。但如果进气达到56磅/平方英寸只需两个ASMs以提供所需的NEA含量。在过去，气体分离模块由来自航空器主动力装置的高压引气来供给。该引气被排出压缩器、经冷却、过滤然后供应给一个或多个ASM。该系统运行良好，但现更多地要求航空器制造商能够降低航空器的单位燃料消耗量(SFC)。已知由压缩机排出的高压气体对SFC有不利影响，因此现在有停止使用高压引气的趋势以优化发动机性能。这意味着需要找到用于供给该气体分离模块的替代流体源，并且基于上述原因该流体需处于升高的压力下。 US2006/0117956描述了一种机载惰性气体生成系统，该系统使用串联布置的两个压缩机或两级压缩机以向气体分离模块供应被压缩的空气。为了向气体分离模块提供高压，同时应对由压缩机转子叶片设计局限性所造成的严格约束，US2006/0117956提供了一种其中有串联运行的两个离心式压缩机的系统。来自第二级的压缩空气送到气体分离模块，而在第二级压缩机和气体分离模块之间设置气孔以使来自第二压缩机的流量能够增力口，这导致当使用相同的压缩机转子叶片设计时第二压缩机的输出压力增大。尽管这给离心式压缩机提供了输出流量的更宽运行范围，但确实意味着在低流速下运行效率很低。由于该航空器在其运行大部分期间在巡航状态下运行，这意味着该离心式压缩机装置大多数时间是以远低于其最佳运行效率运行的。因此，离心式压缩机的固有特征不适应运行工况以及在航空器上升、巡航和下降的循环中所需的流速和压力的变动，并且造成如上所述的不必要的复杂解决方法，而只部分地解决问题。正如所指出的，该ASM在高于40镑/平方英寸(2.76X 15Pag)压力下高效地运行。对于一个给定的任务，较低的压力需要更大的ASM或多个ASM (因此增加重量)，而较高的压力也许超过该ASM的最高工作压力。惰化系统的流量要求随飞行阶段改变而改变。下降需要最高NEA流速，这是因为惰化系统需要使燃料箱再次增压以均衡该箱和外界压力。巡航需要最低流速因为该NEA流速只需补足由燃料燃烧引起的缺量容积的增加。依航空器类型、巡航高度和下降速度而定，该最高下降流量与巡航流量的比例通常达到6:1。这并不能很好地符合典型的离心式压缩机特征，其因喘振极限和扩压器“阻塞”极限所限具有非常窄的流量范围。在离心式压缩机内流量可通过提高速度来增加，但生成的压力随该速度的平方增加，而且所需的功率随该速度的立方增加。必须调节额外的压力以避免损伤ASM。这使得该ASM在惰化系统要求的流量范围效率很低。 相比之下，我们发现正排量式压缩机的特征非常适合提供变动较大的流量，这是因为它们在足以供应ASM所要求的压力下可以提供大体上与速度成比例的流速，且不存在会降低ASM寿命的、在较高流速下的显著压力增加。因此我们设计了一种旨在避免基于离心式压缩机的系统所遭遇的问题的机载惰性气体生成系统。
技术实现思路
相应地，一方面，本专利技术提供一种用于在具有低压空气源的航空器中使用的机载惰性气体生成系统，该气体生成系统包括正排量压缩机，该压缩机具有用于接收所述低压空气的一部分的入口、与气体分离模块流体连通的出口，该正排量压缩机还包括用于冷却由所述压缩机输送的被压缩的空气的集成式冷却机构。 优选地，该正排量压缩机为在使用中提供基本上稳定并且连续气流的回转式装置。 优选地，冷却机构被设置在压缩机内部。压缩机的一部分输出气体优选被输送至其入口。 在这里使用的术语‘低压空气’是指低于气体分离模块所要求的进气压力的空气，一般情况下压力低于40磅/平方英寸并且通常在20磅/平方英寸至30磅/平方英寸的范围内。在一种方案中，该低压空气可以是低压发动机引气。在另一方案中，该低压空气可以是冲压空气。 在一种配置中，为了提供至少一些电力以驱动压缩机，该气体生成系统可包括用于接收一部分机舱空气并且使其膨胀的涡轮机。该涡轮机可传动地连接到所述正排量压缩机以提供直接的机械驱动。作为替代或补充，该涡轮机可传动地连接到发电机。 在一种马达驱动配置中，电动马达可传动地连接到所述正排量压缩机，该压缩机可以方便地接收来自所述发电机或与其相关的能量储存装置的电能。另外，所述电动马达可以是可连接的以接收来自航空器电源的电能。该马达可提供所需的全部功率或其中一部分，其中余量由来自例如上述涡轮机的轴功率提供。 [0011 ] 电能控制器可以方便地被设置用于选择性地接收来自所述发电机(或与其相关的电能储存装置)的电能以及来自航空器电源的电能，并且用于向所述电动马达可控地供应电能。 该惰性气体生成系统可包括位于所述正排量压缩机和气体分离模块之间的气流通道内的热交换机，该热交换机具有用于流体的加热和冷却通道，来自所述正排量压缩机的空气沿该冷却通道通过以降低供应至所述气体分离模块的空气温度。该热交换机可以接收来自冲压空气管的相对较冷的冲压空气。该系统可包括用于将机舱空气供应到该热交换机的加热通道的管道和用于将已加热的空气从热交换机的加热通道供应到所述涡轮机的入口的管道。在这种情况下，可设置用于选择性地向该热交换机供应相对较冷的冲压空气或机舱空气的阀。 另一方面，本专利技术提供一种用于在具有低压空气源的航空器中使用的机载惰性气体生成系统，该惰性气体生成系统包括具有用于接收低压空气的一部分的入口以及与气体分离模块流体连通的出口的压缩机，另一部分低压空气供应至涡轮机以从该涡轮机那里接收和汲取至少一定比例的驱动该压缩机所需的能量。该低压空气可以是冲压空气或来自航空器动力装置的低压引气。 再另一方面，本专利技术提供一种用于操作在具有低压空气源(如冲压空气或低压发动机引气)的航空器中的机载惰性气体生成系统的方法，该方法包括以下步骤: 向具有集成式冷却机构的正排量压缩机供应一部分低压空气，和 从该正排量压缩机向气体分离模块供应被冷却的压缩气体。 本专利技术还延及结合有上述机载惰性气体生成系统的航空器。 尽管上文已描述了本专利技术，但其延及任何在本文所公开的特征之间或与其它特征一起的创造性组合或子组合。 【附图说明】 现在仅以示例方式参考附图来描述本专利技术的某些特定实施例，其中: 图1是根据本专利技术的机载惰性气体生成系统的第一实施例的框图； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在具有机载低压空气源的航空器中使用的机载惰性气体生成系统，所述气体生成系统包括具有用于接收所述低压空气的一部分的入口及与气体分离模块(24)流体连通的出口的正排量压缩机(20)，所述正排量压缩机还包括用于冷却该压缩机所输送的压缩空气的集成式冷却机构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.03 GB 1201891.7;2011.11.29 IN 3415/DEL/2011.一种用于在具有机载低压空气源的航空器中使用的机载惰性气体生成系统，所述气体生成系统包括具有用于接收所述低压空气的一部分的入口及与气体分离模块(24)流体连通的出口的正排量压缩机(20)，所述正排量压缩机还包括用于冷却该压缩机所输送的压缩空气的集成式冷却机构。2.根据权利要求1所述的机载惰性气体生成系统，其中，所述正排量压缩机是单级压缩机。3.根据权利要求1或2所述的机载惰性气体生成系统，其中，所述集成式冷却机构包括由舱内废气、冲压气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·E·梅西，A·达斯，M·P·乔希，K·K·玛哈尔塔卡尔，
申请(专利权)人：伊顿有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB