一种飞机周期性热载荷的环控系统的制作方法

1.本技术属于机载环控技术领域，具体涉及一种飞机周期性热载荷的环控系统。


背景技术：

2.目前飞机环控系统的主要热沉是燃油和冲压空气，但是未来飞机平台高性能节能发动机的应用减少了燃油流量，限制了通过发动机的潜在散热能力，从而导致供给设备的冷却液温度过高，将严重影响设备的性能和可靠性；飞机的高隐身需求限制了冲压空气开口面积，导致冷却用的冲压空气量降低，限制了冲压空气的冷却能力；而大功率电子设备的应用又产生更大的热量，全机热排热能力无法满足飞行平台进一步发展需要，环控系统越来越依赖于燃油的热沉能力。
3.随着机载电子设备能力的进一步提高，全机散热需求的增加已成必然趋势，整机热载荷的上升使燃油冷却回路需要更多的燃油，导致更多的高温燃油回流，大量高温回流燃油混入油箱，提升了燃油热沉的温度，燃油冷却回路越来越难以满足所有散热部件的冷却需求。
4.飞机上不同散热设备对燃油热沉温度需求各不相同，某些周期性热载荷的冷却温度通常需要低于60℃，甚至低于30℃，飞机环控系统面临着由于燃油温度过高造成设备使用限制的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本技术提供了一种飞机周期性热载荷的环控系统，能够实时根据实际机载设备工作状态、工作温度需求，为机载设备提供冷却，使机载设备工作于最佳使用温度范围内，同时在周期性热载荷不工作时对机载燃油进行冷却，动态调节机载燃油热沉的温度，拓展机载燃油的利用空间。
6.本技术提供的飞机周期性热载荷的环控系统，主要包括通过蒸发循环回路连接的低温液冷回路与高温液冷回路，其中，周期性热载荷设置在低温液冷回路中，所述飞机周期性热载荷的环控系统还包括低温燃油回路，所述低温燃油回路包括液体-燃油换热器、低温燃油箱及电动燃油泵，其中，液体-燃油换热器的一路并联在所述低温液冷回路的出口管路上，且在该出口管路上的并联段上设置第一流量控制活门，液体-燃油换热器的另一路串联在由低温燃油箱及电动燃油泵构成的低温燃油回路上，所述低温燃油回路上设置有第二流量控制活门。
7.优选的是，所述低温液冷回路在所述周期性热载荷两端并联有流量调节管路，所述流量调节管路上设置有第三流量控制活门。
8.优选的是，所述低温液冷回路在所述周期性热载荷两端各设置有一个温度传感器，根据低温液冷回路的所述周期性热载荷两端的温差与预定值之间的大小确定所述第三流量控制活门的开度，当所述温差大于预定值时，减少所述第三流量控制活门的开度，反之，增大所述第三流量控制活门的开度。
9.优选的是，所述飞机周期性热载荷的环控系统包括第一状态及第二状态，在所述第一状态下，第二流量控制活门打开，通过低温燃油回路与蒸发循环回路对周期性热载荷降温，在所述第二状态下，第二流量控制活门关闭，通过低温燃油回路与蒸发循环回路对周期性热载荷降温。
10.优选的是，所述蒸发循环回路包括蒸发器、压缩机及冷凝器，蒸发循环回路通过蒸发器与低温液冷回路交联，蒸发循环回路通过冷凝器与高温液冷回路交联。
11.优选的是，所述高温液冷回路包括冷凝器、液冷泵、第四流量控制活门、燃油-液体换热器及液体-空气散热器。
12.优选的是，所述蒸发器的入口处设置有温度传感器，液体-燃油换热器出口位置设置有温度传感器，燃油冷却回路上液体-燃油换热器入口及其出口位置处设置有温度传感器，高温液冷循环中冷凝器入口及出口位置设置有温度传感器。
13.优选的是，基于传感器所测的温度数值确定第一流量控制活门及第二流量控制活门的开度。
14.与现有技术相比，本技术具有以下优点：
15.(1)性能先进。可根据不同热载荷的冷却需求，使机载设备工作在最佳温度范围，实现电子设备的高效冷却；通过蒸发循环冷却低温燃油箱中的燃油，解决由于燃油温度过高造成设备使用限制的问题以及低温热沉获取问题，可大幅提高环控系统的自适应能力及整体热排散能力；
16.(2)通用性好。该环控系统方案可根据周期性热载荷的不同的散热功率等级，调整系统旁路工作流量，在满足制冷量需求的情况下，合理分配冷却介质(燃油、冷却工质)流量，实现综合系统的快速组建；通过将热量移峰填谷的调控方式，实现机载热沉的合理利用，提高环控系统工作效率。
17.本技术能够确保机载设备的使用性能，保障飞机飞行过程的综合性能。
附图说明
18.图1为本技术飞机周期性热载荷的环控系统的一优选实施例的系统架构图。
19.图2为本技术一优选实施例的第三流量控制活门控制策略示意图。
20.图3为本技术一优选实施例的第一流量控制活门及第二控制活门控制策略示意图。
21.其中，1-周期性热载荷，2-三通阀，3-液冷泵，4-蒸发器，5-压缩机，6-冷凝器，7-液冷泵，8-第四流量控制活门，9-燃油-液体换热器，10-液体-空气散热器，11-膨胀阀，12-第一流量控制活门，13-单向活门，14-第二流量控制活门，15-电动燃油泵，16-低温燃油箱，17-液体-燃油换热器，18-三通阀，19-，20～28-温度传感器，29-第三流量控制活门。
具体实施方式
22.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示
例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
23.本技术提供了一种飞机周期性热载荷的环控系统，如图1所示，主要包括通过蒸发循环回路连接的低温液冷回路与高温液冷回路，其中，周期性热载荷设置在低温液冷回路中，所述飞机周期性热载荷的环控系统还包括低温燃油回路，所述低温燃油回路包括液体-燃油换热器17、低温燃油箱16及电动燃油泵15，其中，液体-燃油换热器17的一路并联在所述低温液冷回路的出口管路上，且在该出口管路上的并联段上设置第一流量控制活门12，液体-燃油换热器17的另一路串联在由低温燃油箱16及电动燃油泵15构成的低温燃油回路上，所述低温燃油回路上设置有第二流量控制活门14。
24.在一些可选实施方式中，所述低温液冷回路在所述周期性热载荷两端并联有流量调节管路，所述流量调节管路上设置有第三流量控制活门29。
25.在一些可选实施方式中，所述飞机周期性热载荷的环控系统包括第一状态及第二状态，在所述第一状态下，第二流量控制活门14打开，通过低温燃油回路与蒸发循环回路对周期性热载荷降温，在所述第二状态下，第二流量控制活门14关闭，通过低温燃油回路与蒸发循环回路对周期性热载荷降温。
26.如图1所述，由于周期性热载荷的工作温度要求为20～60℃，而对于飞机机载设备的温度要求，必须提供一种飞机周期性热载荷的环控系统设计方案，保证周期性热载荷处于于20～60℃工作温度范围内，采用图1所示的环控系统设计方案，正常情况下，通过蒸发循环的蒸发器4吸收周期性热载荷的热量，关闭旁路第三流量控制活门29、打开第二流量控制活门14，可以保证周期性热载荷工作于较低的温度使用范围内；当周期性热载荷不工作时，打开旁路第三流量控制活门29，关闭第二流量控制活门14级电动燃油泵15，利用蒸发循环的蒸发器4吸收低温燃油箱中燃油的热量，蒸发循环将热量传递给温度更高的机载热沉。
27.低温燃油箱的作用是，当飞机机载设备处于低热载荷状态时，利用蒸发循环提供的制冷量为低温燃油箱中的燃油提供冷却，并将冷却后的低温燃油集中起来，方便后续的冷却调度，当机载热沉散热能力不足时，可以调节第二流量控制活门14的开度，利用低温燃油箱中的燃油热沉辅助蒸发循环冷却周期性热载荷
28.在一些可选实施方式中，所述低温液冷回路在所述周期性热载荷两端各设置有一个温度传感器，根据低温液冷回路的所述周期性热载荷两端的温差与预定值之间的大小确定所述第三流量控制活门29的开度，当所述温差大于预定值时，减少所述第三流量控制活门29的开度，反之，增大所述第三流量控制活门29的开度。
29.如图2所示，，根据温度传感器20测量的周期性热载荷入口温度tin、以及温度传感器25测量的周期性热载荷出口温度tout，同时设置一个周期性热载荷进/出口温差预定值δtset，当tou-tin》δtset时，减小第三流量控制活门29的开度，否则增大第三流量控制活门29的开度。
30.在一些可选实施方式中，所述蒸发循环回路包括蒸发器4、压缩机5及冷凝器6，蒸发循环回路通过蒸发器4与低温液冷回路交联，蒸发循环回路通过冷凝器6与高温液冷回路交联。
31.在一些可选实施方式中，所述高温液冷回路包括冷凝器6、液冷泵7、第四流量控制
活门8、燃油-液体换热器9及液体-空气散热器10。
32.在一些可选实施方式中，所述蒸发器4的入口处设置有温度传感器，液体-燃油换热器17出口位置设置有温度传感器，燃油冷却回路上液体-燃油换热器17入口及其出口位置处设置有温度传感器，高温液冷循环中冷凝器6入口及出口位置设置有温度传感器。
33.在一些可选实施方式中，基于传感器所测的温度数值确定第一流量控制活门12及第二流量控制活门14的开度。
34.如图3所示，根据液冷回路中蒸发器入口处设置的温度传感器21、液体-燃油换热器17出口位置设置的温度传感器22，以及燃油冷却回路上液体-燃油换热器17入口处设置的温度传感器23、及其出口位置处设置的温度传感器24、高温液冷循环中冷凝器6入口位置设置的温度传感器26、及其出口位置设置的温度传感器27，控制第一流量控制活门12以及第二流量控制活门14的流量。
35.本技术能够确保机载设备的使用性能，保障飞机飞行过程的综合性能。
36.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本技术作了详尽的描述，但在本技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本技术精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本技术要求保护的范围。