一种飞行器分布式泵驱两相冷却系统

1.本发明涉及飞行器环境控制技术领域，特别是涉及一种飞行器分布式泵驱两相冷却系统。


背景技术：

2.随着飞行器性能的不断提升，机载电子设备和高能设备的热负荷急速飞升，采用冲压空气冷却(风冷)和防冻液冷却(液冷)的单相冷却技术潜力已开发殆尽，难以满足飞行器机载设备的冷却需求。因此，亟需发展可匹配机载设备超高热载荷的新型散热技术——泵驱两相冷却技术，该技术利用流动工质的相变吸收和释放大量潜热，换热量和换热系数比当前的风冷和液冷技术高出一个量级，可以满足机载设备的散热需求。然而，飞行器除了不断增大的热负荷之外，还存在机载发热设备多、不同飞行任务下设备热载荷和飞行器热沉不断变化等情况，导致“大热量、多热源、变负荷、变热沉”的协同散热十分困难，所以采用现在的泵驱两相系统无法解决机载设备协同散热的难题，因此，亟需研究布局合理的泵驱两相系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种飞行器分布式泵驱两相冷却系统，可解决机载设备协同散热的难题。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种飞行器分布式泵驱两相冷却系统，包括：
6.控制器、泵驱模块、工质冷却模块、补偿模块和热源冷却模块；
7.所述泵驱模块包括：第一传感器组、第二传感器组、储液罐、流量计和泵；所述补偿模块包括：第三传感器组、第四传感器组、预热器和再热器；所述热源冷却模块包括：第五传感器组、第六传感器组、第七传感器组、第一阀门组和热源组；所述工质冷却模块包括：冷凝装置和预冷装置；
8.所述储液罐、所述预冷装置、所述泵、所述流量计、所述预热器、所述第一阀门组、所述热源组、所述冷凝装置、所述再热器和所述储液罐依次连接，所述第一传感器组设置在所述储液罐上；所述第二传感器组设置在所述预冷装置与所述泵之间，所述第三传感器组设置在所述预热器与所述第一阀门组之间；所述第五传感器组设置所述热源组上；所述第六传感器组和所述第七传感器组均设置在所述热源组与所述冷凝装置之间；所述第四传感器组设置在所述再热器和所述储液罐之间，所述控制器分别与所述第一传感器组、所述第二传感器组、所述第三传感器组、所述第四传感器组、所述第五传感器组、所述第六传感器组、所述第七传感器组、所述预冷装置、所述泵、所述预热器、所述再热器、所述第一阀门组和所述冷凝装置连接，所述控制器用于根据所述第一传感器组、所述第二传感器组、所述第三传感器组、所述第四传感器组、所述第五传感器组、所述第六传感器组、所述第七传感器组获得的数据控制所述预冷装置、所述泵、所述预热器、所述再热器、所述第一阀门组和所
述冷凝装置工作。
9.可选的，所述预冷装置包括：预冷器和预冷冷源；所述预冷器的第一入口与所述储液罐的出口连通，所述预冷器的第一出口通过第一管道与所述泵的入口连通；所述预冷器的第二出口与所述预冷冷源的入口连通；所述预冷器的第二入口与所述预冷冷源的出口连通。
10.可选的，所述冷凝装置包括冷凝器和冷凝冷源；所述热源组的出口通过第三管道与所述冷凝器的第一入口连通；所述冷凝器的第一出口与所述再热器的入口连通；所述冷凝器的第二入口与所述冷凝冷源的出口连通，所述冷凝器的第二出口与所述冷凝冷源的入口连通。
11.可选的，所述热源冷却模块还包括：第二阀门组；所述第二阀门组设置在所述第三管道上。
12.可选的，所述第一传感器组包括：第一压力传感器和第一温度传感器；所述第二传感器组包括：第二压力传感器和第二温度传感器；所述第三传感器组包括第三压力传感器和第三温度传感器；所述第四传感器组包括第十温度传感器和第五压力传感器。
13.可选的，所述第一阀门组包括第一阀门、第二阀门和第三阀门；所述热源组包括第一热源、第二热源和第三热源；所述第二阀门组包括第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀；
14.所述第一阀门的入口、所述第二阀门的入口和所述第三阀门的入口均与所述预热器的出口连通；所述第一阀门的出口与所述第一热源的入口连通；所述第一热源的出口与所述第一单向阀的入口连通；所述第二阀门的出口与所述第二热源的入口连通，所述第二热源的出口与所述第二单向阀的入口连通；所述第三阀门的出口与所述第三热源的入口连通，所述第三热源的出口与所述第三单向阀的入口连通；所述第一单向阀的出口、所述第二单向阀的出口和所述第三单向阀的出口均与所述冷凝装置的入口连通。
15.可选的，所述第五传感器组包括：第四温度传感器、第五温度传感器和第六温度传感器；所述第四温度传感器设置在所述第一热源上，所述第五温度传感器设置在所述第二热源上；所述第六温度传感器设置在所述第三热源上。
16.可选的，所述第六传感器组包括：第七温度传感器、第八温度传感器和第九温度传感器；所述第七温度传感器设置在所述第一热源与所述第一单向阀之间，所述第八温度传感器设置在所述第二热源与所述第二单向阀之间；所述第九温度传感器设置在所述第三热源与所述第三单向阀之间。
17.可选的，所述第七传感器组为：第四压力传感器；所述第四压力传感器设置在所述第一单向阀的出口、所述第二单向阀的出口和所述第三单向阀的出口与所述冷凝装置的入口之间。
18.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明储液罐、预冷装置、泵、流量计、预热器、第一阀门组、热源组、冷凝装置、再热器和储液罐依次连接，第一传感器组设置在储液罐上；第二传感器组设置在预冷装置与泵之间，第三传感器组设置在预热器与第一阀门组之间；第五传感器组设置热源组上；第六传感器组和第七传感器组均设置在热源组与冷凝装置之间；第四传感器组设置在再热器和储液罐之间，控制器分别与传感器组、预冷装置、泵、预热器、再热器、第一阀门组和冷凝装置连接，控制器根据传感器
的数据控制预冷装置、泵、预热器、再热器、第一阀门组和冷凝装置工作，可以解决机载设备协同散热的难题。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例提供的飞行器分布式泵驱两相冷却系统的结构示意图。
21.符号说明：
22.1-飞行器，2-预冷器，3-泵，4-预热器，5-第一热源，6-第二热源，7-第三热源，8-冷凝器，9-再热器，10-储液罐，11-第一阀门，12-第二阀门，13-第三阀门，14-第一单向阀，15-第二单向阀，16-第三单向阀，17-冷凝冷源，18-预冷冷源，19-流量计，20-第一压力传感器，21-第二压力传感器，22-第三压力传感器，23-第四压力传感器，24-第一温度传感器，25-第二温度传感器，26-第三温度传感器，27-第四温度传感器，28-第七温度传感器，29-第五温度传感器，30-第八温度传感器，31-第六温度传感器，32-第九温度传感器，33-第十温度传感器，34-第五压力传感器，35-控制器。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
25.本发明公开了一种飞行器分布式泵驱两相冷却系统，包括泵驱模块、热源冷却模块、工质冷却模块、补偿模块和控制模块；泵驱模块为系统提供动力使工质循环流动；热源冷却模块通过流动沸腾吸收热源热量；工质冷却模块利用冷凝装置通过流动冷凝排出系统热量并利用预冷装置通过过冷措施(降温)保证进入泵3的工质为过冷液态；补偿模块利用预热器4、第三温度传感器26、第三压力传感器22，通过热量补偿的方式调节进入热源冷却模块的工质的干度利用再热器9、第十温度传感器33、第五压力传感器34，以热量补偿的方式调节系统压力，继而调节进入热源冷却模块的工质饱和压力等状态参数；控制模块依据采集到的温度、压力和流量信号，调节泵驱模块中泵3的转速、补偿模块的加热量、工质冷却模块的冷量输入、热源冷却模块的阀门开度等，确保各工况下系统均可及时调整至合理状态，从而使热源温度始终保持在设定范围内，具体如图1所示，飞行器分布式泵驱两相冷却系统，包括：控制器35、泵驱模块、工质冷却模块、补偿模块和热源冷却模块；所述泵驱模块包括：第一传感器组、第二传感器组、储液罐10、流量计19和泵3；所述补偿模块包括：第三传感器组、第四传感器组、预热器4和再热器9；所述热源冷却模块包括：第五传感器组、第六传感器组、第七传感器组、第一阀门组和热源组；所述工质冷却模块包括：冷凝装置和预冷装
置；所述储液罐10、所述预冷装置、所述泵3、所述流量计19、所述预热器4、所述第一阀门组、所述热源组、所述冷凝装置、所述再热器9和所述储液罐10依次连接，所述第一传感器组设置在所述储液罐10上；所述第二传感器组设置在所述预冷装置与所述泵3之间，所述第三传感器组设置在所述预热器4与所述第一阀门组之间；所述第五传感器组设置所述热源组上；所述第六传感器组和所述第七传感器组均设置在所述热源组与所述冷凝装置之间；所述第四传感器组设置在所述再热器9和所述储液罐10之间，所述控制器35分别与所述第一传感器组、所述第二传感器组、所述第三传感器组、所述第四传感器组、所述第五传感器组、所述第六传感器组、所述第七传感器组、所述预冷装置、所述泵3、所述预热器4、所述再热器9、所述第一阀门组和所述冷凝装置连接，所述控制器35用于根据所述第一传感器组、所述第二传感器组、所述第三传感器组、所述第四传感器组、所述第五传感器组、所述第六传感器组、所述第七传感器组获得的数据控制所述预冷装置、所述泵3、所述预热器4、所述再热器9、所述第一阀门组和所述冷凝装置工作，具体的所述储液罐10的出口与所述预冷装置的入口连通，所述预冷装置的出口通过第一管道与所述泵3的入口连通；所述泵3的出口与所述流量计19的入口连通，所述流量计19的出口与所述预热器4的入口连通，所述预热器4的出口通过第二管道与所述第一阀门组的入口连通；所述第一阀门组的出口与所述热源组的入口连通，所述热源组的出口通过第三管道与所述冷凝装置的入口连通；所述冷凝装置的出口与所述再热器9的入口连通；所述再热器9的出口与所述储液罐10的入口通过第四管道连通，所述第一传感器组设置在所述储液罐10上；所述第二传感器组设置在所述第一管道上，所述第三传感器组设置在所述第二管道上；所述第五传感器组设置所述热源组上；所述第六传感器组和所述第七传感器组均设置在所述第三管道上；所述第四传感器组设置在所述第四管道上。
26.作为一种可选的实施方式，所述预冷装置包括：预冷器2和预冷冷源18；所述预冷器2的第一入口与所述储液罐10的出口连通，所述预冷器2的第一出口通过第一管道与所述泵3的入口连通；所述预冷器2的第二出口与所述预冷冷源18的入口连通；所述预冷器2的第二入口与所述预冷冷源18的出口连通。
27.作为一种可选的实施方式，所述冷凝装置包括冷凝器8和冷凝冷源17；所述热源组的出口通过第三管道与所述冷凝器8的第一入口连通；所述冷凝器8的第一出口与所述再热器9的入口连通；所述冷凝器8的第二入口与所述冷凝冷源17的出口连通，所述冷凝器8的第二出口与所述冷凝冷源17的入口连通。
28.作为一种可选的实施方式，所述热源冷却模块还包括：第二阀门组；所述第二阀门组设置在所述第三管道上。
29.作为一种可选的实施方式，所述第一传感器组包括：第一压力传感器20和第一温度传感器24；所述第二传感器组包括：第二压力传感器21和第二温度传感器25；所述第三传感器组包括第三压力传感器22和第三温度传感器26；所述第四传感器组包括第十温度传感器33和第五压力传感器34。
30.作为一种可选的实施方式，所述第一阀门组包括第一阀门11、第二阀门12和第三阀门13；所述热源组包括第一热源5、第二热源6和第三热源7；所述第二阀门组包括第一单向阀14、第二单向阀15和第三单向阀16；所述第一阀门11的入口、所述第二阀门12的入口和所述第三阀门13的入口均与所述预热器4的出口连通；所述第一阀门11的出口与所述第一
热源5的入口连通；所述第一热源5的出口与所述第一单向阀14的入口连通；所述第二阀门12的出口与所述第二热源6的入口连通，所述第二热源6的出口与所述第二单向阀15的入口连通；所述第三阀门13的出口与所述第三热源7的入口连通，所述第三热源7的出口与所述第三单向阀16的入口连通；所述第一单向阀14的出口、所述第二单向阀15的出口和所述第三单向阀16的出口均与所述冷凝装置的入口连通，热源数量更多或更少时，所述泵驱两相冷却系统及其控制方法仍适用。
31.作为一种可选的实施方式，所述第五传感器组包括：第四温度传感器27、第五温度传感器29和第六温度传感器31；所述第四温度传感器27设置在所述第一热源5上，所述第五温度传感器29设置在所述第二热源6上；所述第六温度传感器31设置在所述第三热源7上。
32.作为一种可选的实施方式，所述第六传感器组包括：第七温度传感器28、第八温度传感器30和第九温度传感器32；所述第七温度传感器28设置在所述第一热源5与所述第一单向阀14之间，所述第八温度传感器30设置在所述第二热源6与所述第二单向阀15之间；所述第九温度传感器32设置在所述第三热源7与所述第三单向阀16之间。
33.作为一种可选的实施方式，所述第七传感器组为：第四压力传感器23；所述第四压力传感器23设置在所述第一单向阀14的出口、所述第二单向阀15的出口和所述第三单向阀16的出口与所述冷凝装置的入口之间。
34.作为一种可选的实施方式，所示第三传感器组设置在所述第一阀门11的入口、所述第二阀门12的入口和所述第三阀门13的入口与所述预热器4的出口之间。
35.作为一种可选的实施方式，所述冷凝冷源17和预冷冷源18，可以是飞行器1上的冲压空气、燃油、防冻液等不同形式的热沉。
36.本实施例飞行器分布式泵驱两相冷却系统的工作过程如下：
37.泵驱模块中的泵将工质从储液罐中抽取，工质经过工质冷却模块的预冷器被冷却至过冷状态进入泵，随后进入补偿模块的预热器被加热至饱和状态和设定干度，然后进入热源冷却模块，通过第一阀门、第二阀门、第三阀门分别进入第一热源、第二热源、第三热源，通过流动沸腾将热源热量带走，再通过第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀进入工质冷却模块的冷凝器，通过流动冷凝将热量传递给冷凝冷源，随后工质进入补偿模块的再热器被加热，最后流回储液罐。当热源负荷变化时，控制器调节泵的转速，改变系统流量，调节第一阀门、第二阀门、第三阀门的开度，使流过热源的流量与其热负荷相匹配，改变补偿模块中预热器的加热量使工质重新达到饱和状态和设定干度，改变工质冷却模块中预冷冷源和冷凝冷源的冷量输入以及补偿模块中再热器的加热量使系统重新达到热量输入和冷量输入的平衡，从而实现系统的稳定运行。
38.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
39.1、本发明的飞行器分布式泵驱两相冷却系统解决了飞行器“大热量、多热源、变负荷、变热沉”协同散热的难题，实现了飞行器环控系统的紧凑高效和技术革新。本发明通过对飞行器泵驱两相冷却系统的构型和控制策略进行设计，利用流动沸腾、流动冷凝、冷热补偿、动态调节等技术，使得机载设备温度始终被控制在合理范围内。
40.2、控制器依据采集到的温度、压力和流量信号，调节泵驱模块中泵的转速、补偿模块的加热量、工质冷却模块的冷量输入、热源冷却模块的阀门开度等，确保热源负荷动态变化时，系统及时调整至合理状态，从而使热源温度始终保持在设定范围内。
41.3、控制器通过泵调节系统中工质流量；通过第一阀门、第二阀门、第三阀门调节进入第一热源、第二热源、第三热源的工质流量；通过第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀防止工质倒流；通过预热器、再热器补偿系统热量的不足以及提升系统压力；通过冷凝冷源、预冷冷源控制系统冷量输入以及降低系统压力；通过系统热量输入和冷量输入的平衡保证系统的稳定运行。
42.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
43.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。