CN102295072A - 一种飞机单层空气-液体蒙皮热交换方法 - Google Patents

一种飞机单层空气-液体蒙皮热交换方法 Download PDF

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党晓民
齐社红
何舟东
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Abstract

一种飞机单层空气-液体蒙皮热交换方法，属于环境控制技术领域，是减少飞机冲压空气量、提高空气-液体热交换效率的新技术，是对空气-液体热交换方式的改进。在机身外表面安装单层空气-液体蒙皮热交换器，该空气-液体蒙皮热交换器包括外表面(1)，内表面(2)，进液口(3)，出液口(4)，密封端头(5)、(6)，以及与机身连接部分(8)，在外表面(1)与内表面(2)之间安装单层散热翅片(7)。该方法与空气-空气蒙皮热交换器相比，其换热系数更高，换热量更大，制冷效果更好；与空-液热交换器相比，空气-液体蒙皮热交换器利用与飞机蒙皮融为一体的附面层散热技术，取消了传统的冲压进气道空气冷却方式，大大减小了***对飞机的燃油代偿损失，提高了飞机航时；同时可满足飞机隐身性能要求。

Description

一种飞机单层空气-液体蒙皮热交换方法
技术领域
本发明属于环境控制技术领域，是对空气-液体热交换方式的改进。
背景技术
目前国、内外环境控制***中与本专利接近的技术有以下两种：
1)空气-液体热交换器(简称：空-液热交换器)——采用冲压进气道、利用冲压空气对来自电子设备的热流体进行冷却降温，目前国、内外多数飞机采用这种形式。
优点：空-液热交换器和冲压进气道设计简单，在飞机上易于协调安装。
缺点：空-液热交换器体积较大、高度较高(通常大于100mm)，冲压进气道和冲压空气对飞机产生较大的气动阻力，冲压进气道内的空气对飞机有较大的燃油代偿损失。
2)空气-空气蒙皮热交换器(简称：空气蒙皮热交换器)——热空气在飞机外蒙皮和机身结构之间的夹层中流动时，利用飞机与环境空气的相对速度对热空气进行冷却降温，目前已有飞机采用这种方式，如A320、B767、C-17；与该发明接近的专利有：空中客车公司200780009653.4“排出装置、飞行器以及用于使存在于飞行器的外蒙皮的内衬板之间的流体流出的方法”。
优点：空气蒙皮热交换器位于飞机蒙皮内表面，对飞机的气动阻力小、燃油代偿损失相对较小；另外，由于空气蒙皮热交换器安装于飞机内部，热交换器中流动的是空气，因此，空气蒙皮热交换器对自身的气密性要求不高。
缺点：空气-空气蒙皮热交换器的换热能力、制冷效果远不如空气-液体蒙皮热交换器(简称：液体蒙皮热交换器)，液体蒙皮热交换器中流动的是液体，如65号冷却液等。
发明内容
本发明的目的是：通过本发明技术方案，减少飞机气动阻力和燃油代偿损失，延长飞机续航时间，同时可满足飞机隐身性能要求。
本发明的技术方案是：
一种飞机单层空气-液体蒙皮热交换方法，其特征在于，在机身外表面安装单层空气-液体蒙皮热交换器，该空气-液体蒙皮热交换器包括外表面，内表面，进液口，出液口，密封端头，以及与机身连接部分，在外表面与内表面之间安装单层散热翅片。
所述空气-液体蒙皮热交换器贴附于机身蒙皮外表面，机身蒙皮外表面与空气-液体蒙皮热交换器采用螺接或气密螺接方式连接。
所述机身外表面除去局部蒙皮，嵌入空气-液体蒙皮热交换器，机身外表面与空气-液体蒙皮热交换器采用螺接或气密螺接方式连接。
所述空气-液体蒙皮热交换器所用材料为铝合金。
本发明的有益效果是：该方法与空气-空气蒙皮热交换器相比，其换热系数更高，换热量更大，制冷效果更好；空气-液体蒙皮热交换器与空-液热交换器相比，空气-液体蒙皮热交换器利用与飞机蒙皮融为一体的附面层散热技术，取消了传统的冲压进气道空气冷却方式，大大减小了***对飞机的燃油代偿损失，提高了飞机航时；同时可满足飞机隐身性能要求。
以某型机为例，电子设备热载荷为13kW，飞行时间为4h，飞机在巡航高度飞行，如果用空气-液体蒙皮热交换器代替具有冲压进气道的空-液热交换器，当冲压空气量为2160kg/h时，可减少飞机燃油代偿损失307kg，续航时间延长10min(延长的续航时间包括取消冲压进气道鼓使飞机气动阻力减少所增加的飞行时间)。上述空-液热交换器外形尺寸为：长×宽×高＝170mm×550mm×120mm，翅片共21层，其中热边层数为10层，冷边层数为11层
附图说明
图1：单层空气-液体蒙皮热交换器安装示意图
图2：单层空气-液体蒙皮热交换器结构示意图
1-外表面
2-内表面
3-进液导管
4-出液导管
5-径向密封端头
6-轴向密封端头
7-单层散热翅片
8-机身连接法兰
9-飞机外蒙皮
10-进液分配总管
11-进液分配支管
12-出液支管
13-出液收集管
14-单层空气-液体蒙皮热交换器
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明采用与飞机蒙皮融为一体的附面层散热技术，设计一种贴附于飞机蒙皮外表面的单层空气-液体蒙皮热交换器，蒙皮热交换器内部为热流体(65号冷却液)，外部利用飞机与环境空气的相对速度对热流体进行冷却降温，取消传统的冲压进气道空气冷却方式，由于空气-液体蒙皮热交换器(内部流动的是热液体)比空气-空气蒙皮热交换器(内部流动的是热空气)有较高的换热能力和制冷效果，因此该发明可使飞机的燃油代偿损失降至最小。
工作流程：从电子设备出来的热流体(65号冷却液)经“进液导管3”进入“进液分配总管10”，再由“进液分配支管11”进入相互独立的“单层液体蒙皮热交换器14”，液体蒙皮热交换器中的热流体与外界的冲压空气进行热交换并冷却降温，然后经“出液支管12”进入“出液收集管13”，最后经“出液导管4”流出进入电子设备，并对电子设备进行再次冷却，以保证电子设备工作在合适的温度范围内。
以某型机为例，电子设备热载荷为13kW，飞行时间为4h，飞机在巡航高度飞行，如果用空气-液体蒙皮热交换器代替具有冲压进气道的空-液热交换器，当冲压空气量为2160kg/h时，可减少飞机燃油代偿损失307kg，续航时间延长10min(延长的续航时间包括取消冲压进气道鼓使飞机气动阻力减少所增加的飞行时间)。上述空-液热交换器外形尺寸为：长×宽×高＝170mm×550mm×120mm，其中热边层数为10层，冷边层数为11层。
如果采用本方案技术发明“单层空气-液体蒙皮热交换器”，在相同的输入条件下，***所需蒙皮换热面积为2.72m2，假设飞机直径为2m，此时所需蒙皮面积相当于1个433mm的环。

Claims (5)

1.一种飞机单层空气-液体蒙皮热交换方法，其特征在于，在机身外表面安装单层空气-液体蒙皮热交换器，该空气-液体蒙皮热交换器包括外表面(1)，内表面(2)，进液导管(3)，出液导管(4)，密封端头(5)、(6)，以及与机身连接部分(8)，在外表面(1)与内表面(2)之间安装单层散热翅片(7)。
2.根据权利要求1所述的飞机单层空气-液体蒙皮热交换方法，其特征在于，所述空气-液体蒙皮热交换器贴附于机身蒙皮外表面，机身蒙皮外表面与空气-液体蒙皮热交换器采用螺接或气密螺接方式连接。
3.根据权利要求1所述的飞机单层空气-液体蒙皮热交换方法，其特征在于，所述机身外表面除去局部蒙皮，嵌入空气-液体蒙皮热交换器，机身外表面与空气-液体蒙皮热交换器采用螺接或气密螺接方式连接。
4.根据权利要求1所述的飞机单层空气-液体蒙皮热交换方法，其特征在于，所述空气-液体蒙皮热交换器所用材料为铝合金。
5.根据权利要求1所述的飞机单层空气-液体蒙皮热交换方法，其特征在于，所述外表面(2)通过特殊工艺加工形成浅表肋纹。
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