Система газоразделения и газораспределения самолета
Изобретение относится к авиации и касается создания систем для разделения воздуха на азот и кислород с распределением их для использования в летательных аппаратах. Система имеет генератор кислорода/азота, входной магистралью соединенный с системой кондиционирования, а выходной магистралью подачи воздуха, обогащенного азотом, генератор связан с системой наддува топливных баков. Выходная магистраль генератора подачи воздуха, обогащенного кислородом, соединена с камерами сгорания маршевого двигателя самолета и снабжена контрольно-регулировочной аппаратурой, а перед входом в камеры сгорания - средством распыления для повышения эффективности сгорания. Контрольно-регулировочная аппаратура может содержать смеситель газа, установленный в выходной магистрали воздуха, обогащенного кислородом, и соединенный перепускной линией с системой кондиционирования для перепуска части воздуха из системы кондиционирования в выпускную магистраль воздуха, обогащенного кислородом. Генератор кислорода/азота указанной входной магистралью целесообрано дополнительно соединить со вспомогательной силовой установкой для приема воздуха до крейсерского режима полета самолета. Выходная магистраль воздуха, обогащенного кислородом, дополнительно может соединяться со вспомогательной силовой установкой. Средство распыления воздуха, обогащенного кислородом, целесообразно выполнять в виде эжектора. Выходная магистраль воздуха, обогащенного азотом, может дополнительно соединяться с техническим отсеком и отсеком вспомогательной силовой установки. Технический результат заключается в повышении эксплуатационных показателей летательного аппарата, заключающихся в уменьшении расхода топлива, снижении массы двигателя, повышении ресурса камеры сгорания и уменьшении вероятности прожога ее стенки, снижении нароста сажи и нагарообразования, а также в улучшении экологических показателей летательного аппарата. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к системам разделения воздуха на азот и кислород и распределения их для использования в летательных аппаратах.
Известен генератор для создания инертной технологической среды (патент РФ за №2223138 от 15 августа 2002 года), в газоразделительном блоке которого установлены газоразделители с полупроницаемыми половолоконными или плоскими полимерными мембранами. Этот генератор обеспечивает выработку азота высокой концентрации и, соответственно, отделение кислорода высокой концентрации. Однако производимый кислород в технологическом цикле не используется.
Известен также генератор кислорода/инертного газа с двумя газоразделительными блоками (Patent Application Publication №US 2003/0233936 A1 от 25 декабря 2003 года), в каждом из которых установлено два типа мембранных газоразделителей: в одном -полупроницаемые половолоконные мембраны типа HFM для генерирования в качестве основного продукта азота (OBIGGS), кислород, как побочный продукт, не используется на летательном аппарате и сбрасывается в атмосферу; в другом (блоке) - молекулярные сита с применением процесса адсорбции-PSA - для разделения воздуха на азот и кислород. Приоритет в последнем случае отдается отделению кислорода (OBOGS), используемого для дыхания в пассажирской кабине и в масках, а азот направляется в надтопливное пространство баков и в багажный отсек самолета.
Недостатком известных методов является создание отдельных систем для получения и использования азота или кислорода, либо к недостаточно эффективному использованию одного из разделенных газов, в частности, при получении в этих генераторах кислорода.
В настоящем изобретении предлагается расширение возможностей использования продуктов, получаемых в газовых генераторах, в частности кислорода. Это достигается применением смеси, полученной в газоразделительном генераторе и обогащенной кислородом, в двигателе летательного аппарата, в частности в камере сгорания двигателя. Такое применение обогащенного кислородом воздуха в двигателе летательного аппарата позволяет существенно повысить его качественные показатели, газодинамические и экологические, приводящие к уменьшению расхода топлива, снижению массы двигателя, повышению ресурса камеры сгорания, значительному снижению выбросов вредных примесей на выхлопе двигателя в атмосферу, уменьшению вероятности прожога стенки камеры сгорания, снижению нароста сажи и нагарообразования и т.п.
Для решения этой задачи обогащенный кислородом воздух, отделенный в генераторе, подводится к камерам сгорания маршевых двигателей через средство распыления, например через эжектор, чем обеспечивается большая равномерность распределения температуры в камере.
В настоящем изобретении также предусматривается смешение обогащенного кислородом воздуха в смесителе, установленном в выходной магистрали генератора подачи воздуха, обогащенного кислородом, с воздухом, подаваемым из магистрали кондиционирования, для обеспечения противопожарной безопасности двигателя и летательного аппарата в целом.
В системе предусмотрена контрольно-регулировочная аппаратура, позволяющая контролировать процесс распределения воздуха на разных режимах полета.
Система функционально может быть связана с элементами ВСУ и/или техотсеков для подачи в них в случае необходимости воздуха, обогащенного кислородом или азотом.
Настоящее изобретение будет более понятно с учетом нижеследующего описания предпочтительных примеров осуществления со ссылкой на сопроводительный чертеж, где представлена схема заявляемой системы.
Предлагаемая в настоящем изобретении система газоразделения и газораспределения самолета включает в себя генераторы 1 разделения воздуха на азот/ кислород, основными элементами которых являются газоразделительные мембраны. Мембраны могут быть известного из предшествующего уровня техники типа: полупроницаемые полуволоконные мембраны или молекулярные сита. Генераторы 1 входной магистралью 2 соединены с линией системы кондиционирования 3, в которую подается воздух из соответствующей ступени компрессора маршевого двигателя 4. Для каждой отдельной заявляемой системы (для каждого маршевого двигателя и ВСУ) может использоваться генератор 1 с необходимым количеством мембран, в данном случае указано 3 мембраны, для получения необходимого количества газа. Однако в каждом конкретном случае количество систем, а также количество мембран в генераторе может изменяться в зависимости от расчетных условий. Входная магистраль 2 соединена с системой кондиционирования 3 в такой точке, где обеспечиваются приблизительно следующие параметры воздуха: давление Р˜2,5 ати (245,15 КПа); t=50-60°C. После прохождения генераторов линии объединяются и образуют единую выходную магистраль 5 подачи воздуха, обогащенного азотом, и единую выходную магистраль 6 подачи воздуха, обогащенного кислородом. Надо понимать, что после генераторов 1 воздух имеет очень высокую концентрацию кислорода и азота, порядка 96%, и термин "обогащенный" следует понимать, исходя из приблизительно такой концентрации. Магистраль 5 обычно обеспечивает подачу обогащенного азотом воздуха в надтопливное пространство топливных баков по линии 7. Кроме того, в настоящем изобретении для обеспечения пожарной безопасности такой воздух может подаваться в техотсек 8 или в отсек ВСУ 9 по линии 10. Магистраль 6 воздуха, обогащенного кислородом, в настоящем изобретении связана с камерами сгорания 11 маршевого двигателя 4. На входе в камеры сгорания 11 в магистрали 6 установлено средство распыления 12, например эжектор. Подача воздуха, обогащенного кислородом, в камеры сгорания 11 повышает эффективность сгорания топлива, и, как следствие этого, улучшает экологические характеристики продуктов сгорания, уменьшает загрязненность стенок камер сгорания и др. Введение средства распыления 12 дополнительно улучшает указанные характеристики путем повышения эффективности смешивания всех газово-жидкостных компонентов в камере сгорания 11.
В системе, соответствующей настоящему изобретению, может быть установлен смеситель 13. Этот смеситель может обеспечивать дополнительный поток воздуха по перепускной линии 14 из системы кондиционирования 3 в магистраль 6 подачи обогащенного кислородом воздуха. Такой перепуск воздуха на разных режимах регулирует концентрацию кислорода в магистрали 6, чтобы избежать взрывопожарную ситуацию на входе в камеры сгорания 11.
На режимах взлета и набора самолетом высоты, т.е. до наступления крейсерского режима, когда возможности маршевого двигателя 4 не позволяют в полной мере обеспечить генераторы 1 достаточным количеством воздуха, входная магистраль 2 системы соединена (через систему кондиционирования) линией 15 с ВСУ 9 для обеспечения подачи необходимого количества воздуха в генераторы 1. С камерами сгорания ВСУ 9 может быть связана магистраль 6 по линии 16, также через средство распыления.
Кроме того, система снабжена различной контрольно-регулировочной аппаратурой, например управляемыми кранами 17 и 18, датчиком 19 контроля давления и концентрации кислорода, обратными клапанами 20 и 21. Через управляемый кран 17 на некоторых режимах, например в аварийной ситуации, магистраль 6 подачи обогащенного кислородом воздуха связывается с элементами подачи кислорода в кабину экипажа и в пассажирскую кабину.
Следует понимать, что представленные в данном описании предпочтительные примеры выполнения настоящей системы никак не ограничивают заявляемое изобретение, и можно представить дополнительные модификации системы, объем которой ограничивается только представленной далее формулой изобретения.
1. Система газоразделения и газораспределения самолета, содержащая генератор кислорода/азота, входной магистралью соединенный с системой кондиционирования, а выходной магистралью подачи воздуха, обогащенного азотом, связанный с системой наддува топливных баков, при этом выходная магистраль генератора подачи воздуха, обогащенного кислородом, соединена с камерами сгорания маршевого двигателя самолета и снабжена контрольно-регулировочной аппаратурой, а перед входом в камеры сгорания - средством распыления для повышения эффективности сгорания.
2. Система по п.1, в которой контрольно-регулировочная аппаратура содержит смеситель газа, установленный в указанной выходной магистрали воздуха, обогащенного кислородом, и соединенный перепускной линией с системой кондиционирования для перепуска части воздуха из системы кондиционирования в указанную выпускную магистраль воздуха, обогащенного кислородом.
3. Система по п.1, в которой указанный генератор кислорода/азота указанной входной магистралью дополнительно соединен со вспомогательной силовой установкой для приема воздуха до крейсерского режима полета самолета.
4. Система по п.2, в которой указанная выходная магистраль воздуха, обогащенного кислородом, дополнительно соединена со вспомогательной силовой установкой.
5. Система по п.2, в которой указанное средство распыления воздуха, обогащенного кислородом, выполнено в виде эжектора.
6. Система по п.2, в которой выходная магистраль воздуха, обогащенного азотом, дополнительно соединена с техническим отсеком и отсеком вспомогательной силовой установки.
