本发明专利技术公开一种用于高速、空中移动平台诸如商用或军用飞行器上的座舱空气压缩机的入口装置和方法。该装置包括一具有所需形状的Ｐｉｔｏｔ入口，该入口由分流器结构支承在飞行器机身外表面外部。分流器结构分流边界层的低能部分，使得低能部分不会进入Ｐｉｔｏｔ入口。该Ｐｉｔｏｔ入口接收边界层的更高能部分并且将冲压气流导向至座舱空气压缩机入口。该装置在座舱空气压缩机（ＣＡＣ）入口面处提供至少大约０．８的恢复系数（ＲＦ），这将驱动ＣＡＣ所需的电力保持在可用动力极限内，同时最小化该入口装置的阻力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于空中移动平台的冲压进气口 ，尤其涉及适用于高速商业 喷气式飞行器以将空气供给至飞行器的子系统的高效冲压进气口。
技术介绍
各种商业和军用飞行器通常将座舱空气(CA)入口用于这种飞行器采 用的环境控制系统(ECS)。采用CA入口的飞行器采用冲压空气，用于座舱 加压，而不采用发动机的放气。采用这种飞行器，由CA入口收集的冲压空 气通常供给至电动机驱动座舱空气压缩机(CAC),然后调节至空气调节组 中的所需温度和压力，并且随后供给至座舱的空气分配系统。当使用沖压空气供给座舱空气压缩机时的重要要求是获得CAC入口面 处的最小所需恢复因数(RF)。在实践中，需要获得CAC入口处可能的最大 RF从而最小化驱动空气调节组的(各)压缩机所需的电力。这在峰值动力 条件下尤其重要，因为ECS的发电机、马达和其他电子设备的尺寸需要满 足飞行器的峰值要求。理想情况下，在CAC入口面处获得的RF将为1.0, 但是实际上其一般明显小于1.0,并且通常为大约0.05-0.7。但是，另一方面， 用于冲压进气口的更高RF总体与更高的阻力相关联。因此，存在为飞行器 的环境控制系统部件设置入口的设计挑战，尤其涉及座舱进气口，即能够获 得预定的最小值RF,同时也最小化入口的阻力。当使用厚机身边界层时，平齐安装的沖压进气口 (矩形或NACA外形) 的位置平齐地抵靠飞行器机身的外表面，其采用用于将冷却空气供给至空气 调节组换热器的类型，这些进气口趋于产生在大约0.6至0.7范围内的RF。但是，由于对可用压缩机动力的限制，需要获得更接近1.0的RF，至少大约0.8，从而最大效率地使用进气口。因此，当前，平齐安装的沖压进气口通常无法实现理想的性能参数。而且，在低质量流量下，平齐安装的冲压进气口也倾向于产生无益的Hdmholtz类型导管流不稳定性，其产生于导管中共鸣 与入口前部的邻近边界层的分离之间的关联。因此，与使入口的RF性能最 大化关联的共同的性能考虑是最小化与入口的设置关联的阻力，同时设置一 入口 ，使该入口能够将开始时的流动不稳定延緩为明显更低的质量流量。另一考虑是能够相对于通常与飞行器上的环境控制系统结合使用的一 个或多个其他入口的位置定位座舱进气口。例如，在商用和军用飞行器上， 可使用 一个或多个入口将空气流供给至一个或多个座抢空气压缩机，同时也 结合一个或多个换热器冲压进气口以将冷却空气供给至飞行器上的空气调 节组的换热器。理想情况下，换热器入口可相对于座舱进气口以改进座舱空 气压缩机的紧上游的边界层的方式定位。这将满足座舱进气口的最优性能特 征，同时仍然减小与座舱进气口关联的阻力。
技术实现思路
本公开内容涉及用于高速移动平台的进气口装置和方法。在一项实施例 中，高速移动平台包括商用或军用飞行器。在一项实施例中，进气口装置包括设置在边界层分流器上方的Pitot入 口，在此处，边界层分流器位于移动平台主体部分的外表面上。Pitot入口在 移动平台的飞行期间接收移动越过主体部分的接近该主体部分的边界层。该 边界层分流器能够防止最接近主体部分外表面的边界层的内部区域进入 Pitot入口。在一项实施例中，边界层分流器将Pitot入口支承在主体部分外 表面上方。在另一实施例中，Pitot入口包括在大约5:1至大约6:1之间的狭管宽高比。在另一实施例中，Pitot入口包括内边缘和与内边缘间隔开的外边缘，内 边缘更接近移动平台主体部分的外表面。外边缘与内边缘的厚度比在大约 2:1至大约4:1之间。在一项具体实施例中，该装置形成尤其适用于商用或 军用飞行器的环境控制系统的座抢空气压缩机。可从这里提供的说明书清楚得出其他方面的应用。应该理解，说明书和具体实例仅仅是示例的目的，并不是意图限制本公开的内容。 附图说明这里所述的附图只是为了示例的目的，并不是以任何方式限制本公开的 范围。图1是结合根据本专利技术 一项实施例的进气口装置的飞行器的外表面的一 部分的透视图2A是图1的装置的前视图； 图2B是该装置的俯视图2C是根据图2A的剖面线2C - 2C的Pitot入口的放大剖视图； 图3是图2A的装置的侧视图4是在飞行器上采用的用于入口装置的典型环境控制系统的示意性方 框图5是类似于示出接近该装置的边界层的图2C的横截面侧视图6是根据本专利技术一项实施例的串联入口装置的侧视图7是"吞入"换热器入口的边界层的一部分的简化图，在该装置的Pitot入口面处形成更薄的边界层；图8 - 11是在换热器入口的前方和后方进行边界层测量的实验室环境中获得的图表，示出由本专利技术的换热器入口得到的边界层的改进；图12是示出通过与不具有向前设置的换热器入口的优势的Pitot入口的基线设置(baseline placement)进行比较、由串联入口装置得到的Pitot入口尺寸调整优势，该比较在43,000英尺的高度处、炎热天气下、以最大流速进行；以及图13示出类似于图12的比较，该比较在39,000英尺的高度处、标准温 度天气下、以最小流速进行。具体实施例方式下述说明书仅仅是示例性的，并不意在限制本公开内容、应用或使用。 参照图l，根据本专利技术一项实施例的入口装置IO如图所示位于移动平台 12的机身14上，在机身/机翼的交界区域，邻近但是位于机翼14a下方。在 该实例中，移动平台12包括飞行器，但是可以理解，该入口装置10可应用到任何形式的高速移动平台上，诸如其他空中平台，例如在导弹或火箭上， 或者甚至在高速陆地车辆上，诸如火车，或者在海洋船舶上。但是，可期望将该入口装置10具体地应用到采用使用至少一个座舱空气压缩机(CAC) 的环境控制系统的商用和军用喷气动力飞行器上。参照图2A、 2B、 2C、 3和5,该入口装置10包括Pitot入口 16,该入 口具有入口导管结构19，该入口导管结构通过分流器20定位并且支承在机 身14的外表面18附近。入口导管结构19包括由内边缘24和外边缘26形 成的入口面22。如图2C所示，内边缘24和外边缘26有助于限定具有狭管 23的入口导管25。狭管23表示入口导管25的最小横截面积。入口导管25 向内朝向机身14外表面18弯曲并且传过该外表面(图2C)。入口导管25 引导至由图4中的附图标记40a和42a所示的位于机身14中的座舱空气压 缩机(CAC)的入口面。分流器20支承Pitot入口 16的内边缘24，该内边 缘距离外表面18预定距离，如箭头30所示(图2C)。在一项实施例中，由 箭头30表示的距离处于大约l.O英寸-3.0英寸之间(25.40111111- 76.20mm)， 并且更优选为大约2.0英寸(50.80mm)。进一步参照图2A, Pitot入口 16的狭管宽高比(宽度比高度)也是体现 入口性能的一个因素，尤其用于获得接近1.0的RF (复原系数)，并可获得 最小的阻力劣势。理想情况下，座舱空气压缩机的入口面(在图4中的40a 或42a)处的最小RF为大约0.8。但是，在大约0.8S - 0.92范围内的更高 RF在Pitot入口 16的狭管23处尤其是优选的，从而用于避免最大流率下的 入口狭管23与座舱空气压缩机(CAC)入口面之间的入口扩散器损失。这 是因为入口导管25的横截面形状需要从矩形横截面形状过本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于高速空中移动平台的进气口装置，该装置包括： Ｐｉｔｏｔ入口，包括： 具有表面和狭管的导管结构，该表面位于移动平台机身的外表面外部，并且使得狭管在飞行期间接收邻近所述机身并且移动越过所述机身的机身边界层的第一部分；以及 用于将导管结构支承在机身外部预定高度处的边界层分流器，使得边界层分流器能够防止紧邻近所述机身外部表面的边界层的第二部分进入所述狭管。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：普拉迪普G帕里克，罗伯特H威利，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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