专利名称：空气阻力驱动式飞机制冷空调的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种飞机上的制冷设备，特别是涉及一种通过空气阻力驱动压缩机旋转的空气阻力驱动式飞机制冷空调。
背景技术：
目前，公知的飞机空调压缩机是由发动机或电动机驱动的，由于它需要消耗较大的电能或发动机动力，使电动机或发动机负荷过大(过重)，因此容易造成载机能源紧张问题而影响飞机的正常飞行。
发明内容
本发明的目的是为了避免造成载机电源紧张的问题，利用飞机在飞行过程中的空气阻力做功，迫使风轮带动压缩机和风机旋转来达到飞机上的制冷目的，以节约载机能源，因此，特提供一种空气阻力驱动式飞机制冷空调。
本发明采取的技术方案是一种空气阻力驱动式飞机制冷空调，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、空气滤清器、储液干燥器、节流阀，还包括由ECU控制的伺服电机，其特征在于还包括两个风轮、两个离心风机、两个滚动轴承、空调盖、空调罩，在飞机内顶上设有夹层，夹层两端的夹层缝开向机外，用隔离板将夹层隔离成三个通道，中间为空气阻力通道，两侧分别为新鲜空气通道；其中一个风轮穿过滚动轴承与压缩机共轴连接，另一个风轮穿过滚动轴承、蒸发器与两个离心风机共轴连接，并且分别由两个滚动轴承固定安装在空气阻力通道的夹层底板上；压缩机固定安装在所述的机罩的底部，蒸发器置于两个离心风机之间，蒸发器的两端固定在机罩的内侧面上，空气阻力通道通向机尾，夹层前端的夹层缝即为空气阻力通道的通道口，在其通道口上设有压缩机挡板，在空气阻力通道的中部设有风机挡板，夹层末端的夹层缝是空气阻力通道的末端口，即为机尾通道口，在其通道口上设有机尾挡板，在新鲜空气通道的通道口上分别设有新鲜空气挡板，新鲜空气通道的末端口用隔离板封闭；在空气阻力通道夹层底板上分别固定两个用于遮住半个风轮的扁半圆形罩；所述的空气滤清器是两个空气滤清器且分别安装在新鲜空气通道的夹层底板上；所述的ECU控制的伺服电机包括五组，分别由控制程序控制五块挡板的升降。
采用上述技术方案的本发明具有结构紧凑简单、造价低、便于安装布置、易检修及节能环保等特点，可有效的提供地面冷却能力，从而解决了载机能源紧张问题。
图1是本发明整体布置示意图并作为摘要附图。
图2是图1中夹层底板背面伺服电机安装位置示意图。
图3是图1中挡板结构示意图。
图4是图1中滑道槽示意图。
图5是本发明制冷原理图。
图6是本发明接线原理图。
图7是本发明控制程序图。
具体实施例方式
参照附图，本发明利用内顶上的空间，在飞机内顶上设有夹层，夹层两端的夹层缝开向机外，夹层前端的夹层缝位置开在飞机挡风玻璃上端，夹层末端的夹层缝位置开在接近机尾处，夹层缝高度大约20cm，(如果飞机机身较长或较宽，可设两组或多组制冷机组，然后加大夹层的长度或宽度)。用隔离板9将隔离成三个通道，中间为空气阻力通道10，两侧分别是新鲜空气通道11、12，中间的空气阻力通道10一直通向机尾，两侧的新鲜空气通道11、12通到夹层的中部由隔离板9封闭，这样共构成了4个通道口，即空气阻力通道口(夹层前端的夹层缝)、两个新鲜空气通道口和机尾通道口(夹层末端的夹层缝)。飞机制冷空调包括包括压缩机、冷凝器、蒸发器、空气滤清器、储液干燥器、节流阀，还包括由ECU控制的伺服电机，还包括两个风轮、两个离心风机(不带电动机)、两个滚动轴承、空调盖、空调罩。在空气阻力通道10上，用两根轴分别将风轮1穿过滚动轴承5与压缩机13共轴连接，风轮2穿过滚动轴承6、蒸发器14与两个离心风机3、4共轴连接(蒸发器的中心带有轴孔)，蒸发器14位于两个离心风机3、4之间，其两端固定在空调罩8的内侧面上；在通道夹层底板上分别开两个用于穿过轴的轴孔，夹层底板上是两个风轮1、2和两个滚动轴承5、6，夹层底板下是压缩机13、蒸发器14和两个离心风机3、4，其中的压缩机13固定安装在空调罩8的底部，两个滚动轴承5、6分别固定在通道夹层底板上，在通道夹层底板上还分别固定两个用于遮住半个风轮1、2的扁半圆形罩20，在空气阻力通道口、两个新鲜空气通道口、机尾通道口以及空气阻力通道的中部(设有风轮2的前方位置上)共设置五块挡板，分别是压缩机挡板15、风机挡板16、机尾挡板17、及两块新鲜空气挡板18、19，还要分别在夹层底板上通道夹层底板上开五个用于升降五块挡板的挡板槽。风机挡板的高度设计为10cm。
参照附图，ECU控制的伺服电机包括五组28～32，分别由控制程序控制五块挡板15～19的升降。每块挡板两侧的隔离板9的侧面上分别开用于升降挡板15～19的滑道槽25，其中用于升降风机挡板16的滑道槽大约有2/3开在空调罩8的两个侧面上，扣上空调罩8后，空调罩上的滑道槽与隔离板上的滑道槽相通。其它四块挡板的滑道槽大约有2/3开在飞机面板的内壁侧面上，面板内壁侧面上的滑道槽与隔离板上的滑道槽相通，挡板15～19的两侧焊有用于在滑道槽25里滑动且带有齿边26的滑杆27；该四块挡板的滑道槽25、滑杆27及五块挡板15～19具有一定的倾斜弧度。五组伺服电机28～32分别固定安装在通道夹层底板的背面，每个伺服电机上的齿轮33分别与每个滑杆27上的齿边26啮合。为了避免五块挡板在升降过程中出现偏差，可在每块挡板内侧的夹层底板上固定支撑块35，用来支撑五块挡板。
两个风轮1、2的叶片采用直叶片或前弯片，离心风机3、4的叶片采用直叶片。两个风轮采用铝合金材料，风轮直径设计为1.2m，风轮1的叶片高度为15cm，风轮2的高度为10cm。离心风机直叶片其特点是风压较高、噪音较低、风量较小，能把冷气吹的吹的较远，能够加强机内冷气循环，可使乘客感到更舒适。
新鲜空气通道11、12的夹层底板背面固定连接两个通向空调罩8的直弯管34。在两个新鲜空气通道末端夹层底板上分别开两个进气孔，新鲜空气分别通过进气孔进入直弯管34通向机舱。
冷凝器22安装在位于风轮2顶部的空调盖7的内盖上。储液干燥器23固定在空气阻力通道10的隔离板9的内侧面上。节流阀24固定在蒸发器14的一端固定带上。如此布置可不占用飞机空间，使结构更加紧凑。冷凝器22上接出两根导管，其中一根导管连接储液过滤器的一个接口，然后从另一个接口引出与另一根导管分别通向空气阻力通道10夹层底板上的两个导管孔。这样机外新风与机内回风一起在蒸发器和离心风机的作用下融合后吹向机舱。
压缩机13可选用重量轻的(如SETB10、2.8kg)或选用日本电装公司生产的DENSO10P17斜盘式压缩机(该压缩机的主要零件由铝合金制造，其重量轻、体积小、安装方便，可靠性高，在2000r/min时制冷量大于5.88kw。为了减小风轮与夹层底板的摩擦，在风轮1、2的底部分别设置滚动轴承，要使风轮转动，风轮不能全部受力，只能是半个风轮受力，因此设计可遮住半个风轮的扁半圆形罩(采用铝合金罩)。当飞机飞行时，空气阻力做功迫使外露风轮向后转动，遮盖的半个风轮由于不受空气的阻力便随着外露风轮转动，压缩机的转子、离心风机随着风轮的转动而转动。由于两个风轮设在夹层中，而且夹层与机内呈密封性隔离，压缩机不受电动机带动，因此大大降低了机内的噪音。
在夹层中空调盖上的冷凝器与空调罩内的蒸发器之间设置一台储液干燥器和一个节流阀(一般选用H型膨胀阀或电子膨胀阀)，机外新风吹向冷凝器且冷凝器的下部有风轮在工作，极大的增强了冷凝器的换热能力。
当需要制冷时，蒸发器中的低温低压制冷剂蒸汽被压缩机吸入，压缩后进入冷凝器冷却并凝结。凝结的制冷剂(R134a)液体经节流阀节流降压后，进入蒸发器气化，吸收被冷却空气的热量，从而达到降温的目的。制冷剂(R134a)的特点是化学性质稳定，无色、无臭、不燃烧、不爆炸；对人体无毒性，不破坏大气臭氧层，在大气层中停留寿命短，温室效应小。
程序包括以下步骤首先判断机外空气质量是否超标(湿度超标)，如果超标分别启动新鲜空气挡板、压缩机挡板和机尾挡板的伺服电机，关闭新鲜空气通道口、空气阻力通道口和机尾通道口后切断机尾挡板、压缩机挡板、新鲜空气挡板的伺服电机电源；如果机外空气质量正常(1)、启动新鲜空气挡板的伺服电机，打开新鲜空气通道口后切断电源，然后判断机内温度是否达到设定温度；如果达到设定温度则启动压缩机挡板的伺服电机，关闭空气阻力通道口后，切断电源；(2)、当机内温度高于设定温度时，首先启动机尾挡板的伺服电机，下调机尾挡板至末端后切断电源，再启动风机挡板的伺服电机，下调风机挡板至末端，再启动压缩机挡板的伺服电机，下调压缩机挡板下调至末端；(3)、然后再判断风轮转数是否在压缩机安全工作转数范围内，如果是则切断压缩机挡板伺服电机电源；(4)、如果风轮转数小于压缩机安全工作转数范围，则启动压缩机挡板的伺服电机，上调压缩机挡板至末端后切断电源；(5)、如果风轮转数大于压缩机安全工作转数范围，则启动压缩机挡板的伺服电机，上调压缩机挡板，当风轮转数在压缩机安全工作范围内后切断压缩机挡板的伺服电机电源；(6)、接下来判断风轮转数是否在风机额定工作转数范围内，如果是，则切断风机挡板的伺服电机电源；(7)、当风轮转数小于风机额定工作转数范围，则切断风机挡板的伺服电机电源；(8)、如果风轮转数大于风机额定工作转数范围，则启动风机挡板的伺服电机，上调风机挡板，当风轮转数在风机额定工作转数范围内后切断风机挡板的伺服电机电源；(9)、停止使用空调，依次启动压缩机挡板、机尾挡板、新鲜空气挡板、风机挡板的伺服电机，关闭空气阻力通道口、机尾通道口、新鲜空气通道口和上调风机挡板至末端后切断压缩机挡板、机尾挡板、新鲜空气挡板、风机挡板伺服电机电源。
飞机空调电路包括传感器、空调ECU和执行器三部分。传感器包括1.光照传感器，它是一个光敏二极管，安装在飞机前挡风玻璃的内侧底部，利用光电效应，该传感器将阳光程度转变成电信号，并输送给空调ECU。
2.空气质量传感器也称多功能传感器，安装在飞机前挡风玻璃的外侧底部。它主要是测量空气湿度、环境、温度及外界空气污染程度，空调ECU采用上述测量结果，从而控制压缩机的工作和新鲜空气挡板的打开或闭合3.压缩机锁止传感器，这是一种磁电式传感器，安装在空调装置的压缩机内，检测压缩机转速。压缩机每转一圈，该传感线圈产生4个脉冲信号输送给空调ECU。
4.风机转速传感器，它安装在制冷风机的轴上，用来检测风机转速，并输送给空调ECU，用来控制风机转速。
5.温度传感器安装在驾驶舱仪表板的下端，它是一个具有温度系数的热敏电阻，当机内温度发生变化时，热敏电阻的阻值改变，从而向空调ECU输送机内温度信号。
6.蒸发器传感器安装在蒸发器壳体上，用以检测制冷装置内部的温度变化。当蒸发器周围温度发生变化时，传感器电阻的阻值也随之改变，并向空调ECU输出电信号。
空调ECU与操作面板制成一体，它对输入的电信号进行计算、分析、比较后发出指令，接通所需的电路并指令伺服电机转动(正转和反转)。按照功能选择键的输入指令，输入的预设温度，从而控制新鲜空气挡板、压缩机挡板，风机挡板、机尾挡板的打开或闭合。
在执行器控制中，自动控制服从手动控制，手动控制优先。压缩机控制在自动模式下，控制器依据各种参数，控制压缩机的开启或关闭。在压缩机保护参数低于安全值时，压缩机不能开启。飞机在飞行过程中，因变速飞行若使空调系统停止工作，则应再次启动“AUTO”键或压缩机控制键。
风量控制包括手动和自动两种模式，在手动模式风量控制在用户操作的挡位，在自动模式下空调控制器根据各种温度之间的关系计算出所需送风量，从而对送风量进行连续的调节。风机工作点分为8挡，在非关机状态下，无论是手动或自动模式，风量最小为1挡。
五块挡板的升降的工作原理给电动机通电，电动机转子带动齿轮转动，当顺转时，带有齿边的滑杆在滑道槽中携带挡板上升，当逆转时，带有齿边的滑杆在滑道槽中携带挡板下降。
本发明依据物体在空中运动的空气阻力理论进行设计的，其阻力的大小可表示为fd＝1/2CρAV2其中是空气的密度，A是物体的有效截面积，C为阻力系数，V为速率。
实验数据如下表所示
由于在飞机形状、外形大小、飞行高度等存在差异，上述实验数据仅供参考，在实际应用中，此数据有待进一步通过风洞实验来确定。
权利要求
1.一种空气阻力驱动式飞机制冷空调，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、空气滤清器、储液干燥器、节流阀，还包括由ECU控制的伺服电机，其特征在于还包括两个风轮(1、2)、两个离心风机(3、4)、两个滚动轴承(5、6)、空调盖(7)、空调罩(8)，在飞机内顶上设有夹层，夹层两端的夹层缝开向机外，用隔离板(9)将夹层隔离成三个通道，中间为空气阻力通道(10)，两侧分别为新鲜空气通道(11、12)；风轮(1)穿过滚动轴承(5)与压缩机(13)共轴连接，风轮(2)穿过滚动轴承(6)、蒸发器(14)与两个离心风机(3、4)共轴连接，并且分别由滚动轴承(5、6)固定安装在空气阻力通道(10)的夹层底板上；压缩机(13)固定安装在所述的机罩(8)的底部，蒸发器(14)置于两个离心风机(3)(4)之间，蒸发器(14)的两端固定在机罩(8)的内侧面上，空气阻力通道(10)通向机尾，夹层前端的夹层缝即为空气阻力通道(10)的通道口，在其通道口上设有压缩机挡板(15)，在空气阻力通道(10)的中部设有风机挡板(16)，夹层末端的夹层缝是空气阻力通道(10)的末端口，即为机尾通道口，在其通道口上设有机尾挡板(17)，在新鲜空气通道(11、12)的通道口上分别设有新鲜空气挡板(18、19)，新鲜空气通道(11、12)的末端口用隔离板(9)封闭；在空气阻力通道(10)夹层底板上分别固定两个用于遮住半个风轮的扁半圆形罩(20)；所述的空气滤清器是两个空气滤清器(21)且分别安装在新鲜空气通道(11、12)的夹层底板上；所述的ECU控制的伺服电机包括五组(28～32)，分别由控制程序控制五块挡板(15～19)的升降。
2.如权利要求1所述的空气阻力驱动式飞机制冷空调，其特征在于在所述的每块挡板两侧的隔离板(9)的侧面上分别开用于升降挡板(15～19)的滑道槽(25)，挡板(15～19)的两侧焊有用于在滑道槽(25)里滑动且带有齿边(26)的滑杆27；所述的五组伺服电机(28～32)分别固定安装在通道夹层底板的背面，每个伺服电机上的齿轮(33)分别与每个滑杆(27)上的齿边(26)啮合。
3.如权利要求1所述的空气阻力驱动式飞机制冷空调，其特征在于所述的两个风轮(1、2)的叶片采用直叶片或前弯片，离心风机(3、4)的叶片采用直叶片。
4.如权利要求1所述的空气阻力驱动式飞机制冷空调，其特征在于在所述的新鲜空气通道(11、12)的夹层底板背面固定连接两个通向空调罩(8)的直弯管(34)。
5.如权利要求1所述的空气阻力驱动式飞机制冷空调，其特征在于所述的冷凝器(22)安装在位于风轮(2)顶部的空调盖(7)的内盖上。
6.如权利要求1所述的空气阻力驱动式飞机制冷空调，其特征在于所述的储液干燥器(23)固定在空气阻力通道(10)的隔离板(9)的内侧面上。
7.如权利要求1所述的空气阻力驱动式飞机制冷空调，其特征在于所述的节流阀(24)固定在蒸发器(14)的一端固定带上。
8.如权利要求1所述的空气阻力驱动式飞机制冷空调，其特征在于所述的控制程序包括以下步骤首先判断机外空气质量是否超标，如果超标依次启动新鲜空气挡板、压缩机挡板和机尾挡板的伺服电机，关闭新鲜空气通道口、空气阻力通道口和机尾通道口后切断新鲜空气挡板、压缩机挡板、机尾挡板的伺服电机电源；如果机外空气质量正常(1)、启动新鲜空气挡板的伺服电机，打开新鲜空气通道口后切断电源，然后判断机内温度是否达到设定温度；如果达到设定温度则启动压缩机挡板的伺服电机，关闭空气阻力通道口后，切断电源；(2)、当机内温度高于设定温度时，首先启动机尾挡板的伺服电机，下调机尾挡板至末端后切断电源，再启动风机挡板的伺服电机，下调风机挡板至末端，再启动压缩机挡板的伺服电机，下调压缩机挡板下调至末端；(3)、然后再判断风轮转数是否在压缩机安全工作转数范围内，如果是则切断压缩机挡板伺服电机电源；(4)、如果风轮转数小于压缩机安全工作转数范围，则启动压缩机挡板的伺服电机，上调压缩机挡板至末端后切断电源；(5)、如果风轮转数大于压缩机安全工作转数范围，则启动压缩机挡板的伺服电机，上调压缩机挡板，当风轮转数在压缩机安全工作转数范围内后切断压缩机挡板的伺服电机电源；(6)、接下来判断风轮转数是否在风机额定工作转数范围内，如果是，则切断风机挡板的伺服电机电源；(7)、当风轮转数小于风机额定工作转数范围，则切断风机挡板的伺服电机电源；(8)、如果风轮转数大于风机额定工作转数范围，则启动风机挡板的伺服电机，上调风机挡板，当风轮转数在风机额定工作转数范围内后切断风机挡板的伺服电机电源；(9)、停止使用空调，依次启动压缩机挡板、机尾挡板、新鲜空气挡板、风机挡板的伺服电机，关闭空气阻力通道口、机尾通道口、新鲜空气通道口和上调风机挡板至末端后切断压缩机挡板、机尾挡板、新鲜空气挡板、风机挡板伺服电机电源。
全文摘要
本发明涉及一种飞机上的制冷设备，特别是涉及一种通过空气阻力驱动压缩机旋转的空气阻力驱动式飞机制冷空调。包括压缩机、冷凝器、蒸发器、空气滤清器、储液干燥器、节流阀，还包括由ECU控制的伺服电机，其特征在于还包括两个风轮、两个离心风机、两个滚动轴承、空调盖、空调罩。其中一个风轮穿过滚动轴承与压缩机共轴连接，另一个风轮穿过滚动轴承、蒸发器与两个离心风机共轴连接，在飞机机顶的夹层里形成三个通道，在通道上共设有五块挡板，分别由控制程序控制五块挡板的升降。本发明具有结构紧凑简单、造价低、便于安装布置、易检修及节能环保等特点，可有效的提供地面冷却能力，从而解决了载机能源紧张问题。
文档编号B64D13/08GK101092169SQ20071005752
公开日2007年12月26日 申请日期2007年6月4日 优先权日2007年6月4日
发明者赵建科 申请人:赵建科