CN114435582A - 一种基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热器,该飞机蒙皮散热器包括机载设备液冷管路、风液综合散热转换管路及舱内空气冷却再生管路。机载设备工作中产生的废热由机载设备液冷管路中的液相制冷剂吸收后,经风液综合散热转换管路传递至舱内空气,再经舱内空气冷却再生管路传递至飞机蒙皮,最终排散至环境空气中。该飞机蒙皮散热器内同时存在液冷散热及风冷散热两种散热方式,可在较低功耗下满足机载设备表面的高散热热流密度需要,并显著提高了飞机蒙皮散热器的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于飞机飞行环控技术领域,特别是一种基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热***。
背景技术
高空高速飞行环境下飞机的散热冷源主要包括:机载低温燃油、自环境引入的低温冲压空气、起飞前携带的低温冷源、自航空发动机引出的低温涵道空气及飞机蒙皮外的低温空气。随着飞机上的机载设备增多及单台机载设备热耗增大,飞机总散热负荷显著提高,依靠机载低温燃油维持的飞机环控***不敷使用,有必要进一步开发飞机散热***,摆脱飞机环控***散热能力不足、限制机载设备使用的困境。与低温冲压空气、低温携带冷源及低温涵道空气相比,飞机蒙皮外的低温空气具有较好的经济性,散热过程对飞机整体结构影响较小,是比较理想的飞机冷源。
然而,目前的飞机蒙皮散热器多采用液冷结构,如专利号CN214930566U的飞机蒙皮液冷散热器;制冷过程常作为飞机环控***的补充,如专利号CN109515728A的结合燃油循环与发动机风道散热器的飞机蒙皮散热器。这些飞机蒙皮散热器结构较为复杂,制冷量输运距离较长,需要与整个飞机环控***复合设计,加之飞机蒙皮散热器的液冷散热过程不利于飞机蒙皮散热器的运行、保养及维修。目前,飞机蒙皮散热器仍未得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热***,利用液冷方法将热量自机载发热设备中引出至液相制冷剂,再采用风冷方法冷却再生液相制冷剂。风冷方法中产生的热空气由飞机蒙皮散热器冷却,热量最终排散至飞机蒙皮散热器外的环境空气中。
实现本发明目的的技术解决方案为:
一种基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热***,包括:
机载设备液冷管路,用于为需要散热的机载设备输入液冷工质;
风液综合散热转换管路,与机载设备液冷管路连接,用于对受热后的液冷工质进行冷却,并将冷却后的液冷工质输送至机载设备液冷管路;还包括:
舱内空气冷却再生回路,包括蒙皮进气道、蒙皮散热器、气泵及蒙皮排气道;蒙皮散热器设置在空气冷却舱后部的机舱上并替代了原有飞机蒙皮结构,用于与空中环境大气进行对流换热;所述设有一个进气管道和一个排气管道,进气管道和排气管道之间设有多个弧形管道;蒙皮进气道与进气管道连接,用于吸入风液综合散热转换管路散发的热气,蒙皮排气道与排气管道连接,用于将冷却后的空气输送至风液综合散热转换管路;所述气泵用于根据飞行高度和空气流速调整舱内空气流速以调整散热效率。
本发明与现有技术相比,其显著优点是:
(1)在机载设备发热表面与飞机舱外低温空气间串联使用了液冷与风冷方法,在满足机载设备散热热流密度需要的前提下,减轻了飞机蒙皮散热器的重量与功耗,提高了飞机蒙皮散热器的可靠性,便于维护与保养。
(2)所述飞机蒙皮散热器可将机载设备产生的废热就近排散至机载设备舱外。这一就近排散的散热过程不经过机载燃油循环、不消耗发动机内涵空气、没有较长的气液输送管路,散热器制冷损耗小;整个散热过程相对独立,不影响飞机燃油循环、舱内空气循环及飞机气动外形,便于飞机与机载设备设计。
(3)所述飞机蒙皮散热器的工作过程仅消耗电力与飞行环境下的原位资源(指飞机蒙皮外的低温空气),可连续长时间工作,适应多种飞行状态。依靠调整气泵功率,所述飞机蒙皮散热器可在不同飞行高度与不同飞行速度下提供相对稳定的散热能力。
附图说明
图1为机载发热设备液冷回路图。
图2为风液综合散热转换管路图。
图3为舱内空气冷却再生回路图。
图4为机载发热设备液冷回路与风液综合散热转换管路图。
图5为风液综合散热转换管路与舱内空气冷却再生回路图。
图6为就近排散飞机蒙皮散热器图。
图7为飞机舱体结构图。
图8为实施例飞机蒙皮散热器工作状态下的温度分布图。
图9为实施例飞机蒙皮散热器在不同飞行速度与不同飞行高度下的循环功耗图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1-图7,本本实施例的一种基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热器,包括机载设备液冷管路1、风液综合散热转换管路2、舱内空气冷却再生回路3。
所述机载设备液冷管路1包括供液管路4、各机载设备分管路5及排液管路6,液冷工质自供液管路4平行输入各机载设备分管路5,吸热后汇总至排液管路6输出。
所述风液综合散热转换管路2包括具有翅片结构的换热管7及安装在换热管上的流体循环泵8。换热管7两端分别连接机载设备液冷管路1的供液管路4及排液管路6,自排液管路6输入风液综合散热转换管路2的热液冷工质经流体泵8加压后,在换热管7中风冷再生为冷液冷工质并输回机载设备液冷管路1中。
所述舱内空气冷却再生回路3包括蒙皮进气道9、蒙皮散热器10、气泵11及蒙皮排气道12。所述蒙皮进气道9、蒙皮排气道12均采用一个具有漏斗形状的空气流道,对进入蒙皮进气道9内热气具有一定压缩作用,然后流入蒙皮散热器10;所述蒙皮散热器10呈拱形结构,是在具有外层蒙皮、中层蜂窝状骨架及内层蒙皮三层复合结构的飞机蒙皮基础上加工的,其中层蜂窝状骨架底部设有一个进气管道101和一个排气管道102,进气管道101和排气管道102之间设有多个弧形管道103,形成中空的弧形空气流道,空气从中空的环形空气流道内流过并与外层蒙皮外的高空环境低温空气对流换热并冷却;蒙皮进气道9与进气管道101连接,入口端较大,用于吸入风液综合散热转换管路2散发的热气,并利用喇叭口对进入的热气进行压缩,然后经中层蜂窝状骨架内的弧形空气流道冷却,蒙皮排气道12与排气管道102连接,出口端较大,将冷却后的空气排出。蒙皮排气道12上设有气泵11,所述气泵11将蒙皮散热器10中的低温空气加压抽出,并经蒙皮排气道12输入机舱内部。
该舱内空气冷却再生管路将风液综合散热转换管路中翅片散热管束外的空气抽出并输送至飞机蒙皮散热器冷却。自飞机蒙皮散热器输出的低温空气将重新输回风液综合散热转换管路中的翅片散热管束外。
进一步的,上述机载设备液冷管路1、风液综合散热转换管路2、舱内空气冷却再生回路3安装在机载设备舱13尾部。机载设备液冷管路1前为需要散热的机载设备14,风液综合散热转换管路2与舱内空气冷却再生回路3封闭在空气冷却舱15内,舱内空气冷却再生回路3中的气泵11安装在空气冷却底舱16;蒙皮散热器10安装在空气冷却舱15后部的机舱17上并替代了原有飞机蒙皮结构,蒙皮散热器10与原有飞机蒙皮结构外形尺寸一致。
进一步的,所述飞机蒙皮散热器依靠调整气泵11的功耗控制散热效率。在低空低速飞行条件下(可通过飞控***获取位置和飞行速度),气泵11的功耗较大,飞机蒙皮散热器内的空气流速较快;在高空高速飞行条件下,气泵11的功耗较小,飞机蒙皮散热器内的空气流速较慢。通过调整气泵11的功耗,维持所述飞机蒙皮散热器的散热效率相对稳定。本发明就近利用机载设备附近的飞机蒙皮散热,散热过程独立于飞机燃油循环与发动机供气循环。所述飞机蒙皮散热器主要在高空巡航状态下工作,并随飞行速度与飞行高度变动调整舱内空气流速,保持飞机蒙皮散热器散热能力与机载设备热耗相匹配。散热器正常工作过程中不直接自环境空气中引气掺混冷却,与环境空气间的传热过程均为间壁传热过程,不影响飞机的气动性能。
本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例中的飞机蒙皮散热器为热耗10kW的机载设备提供冷却,飞机蒙皮舱体直径为2m,蒙皮舱体长度为2m,蒙皮散热面面积为2.11m2。舱体蒙皮为硬铝-蜂窝铝-硬铝三层蒙皮结构,每层厚度依次为5mm、10mm及5mm。
该飞机蒙皮散热器的设计工况为:6km、0.7Ma巡航飞行,飞机蒙皮散热器的最大散热效率为5.61kW/m2,蒙皮表面温度≤48℃。为满足机载设备的10kW散热需要,散热器循环功耗为1.16kW。在不同飞行速度与飞行高度下,所述的飞机蒙皮散热器依靠调整循环功耗维持飞机蒙皮散热器的散热能力,飞机蒙皮散热器的工作包线如图9,随飞行高度提高,飞机蒙皮散热器的散热效率提高;随飞行速度提高,在抵达当地声速前,飞机蒙皮散热器的散热效率提高;在抵达当地声速后,飞机蒙皮散热器的散热效率降低。
Claims (6)
1.一种基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热***,包括:
机载设备液冷管路,用于为需要散热的机载设备输入液冷工质;
风液综合散热转换管路,与机载设备液冷管路连接,用于对受热后的液冷工质进行冷却,并将冷却后的液冷工质输送至机载设备液冷管路;其特征在于,还包括:
舱内空气冷却再生回路,包括蒙皮进气道、蒙皮散热器、气泵及蒙皮排气道;蒙皮散热器设置在空气冷却舱后部的机舱上并替代了原有飞机蒙皮结构,用于与空中环境大气进行对流换热;所述设有一个进气管道和一个排气管道,进气管道和排气管道之间设有多个弧形管道;蒙皮进气道与进气管道连接,用于吸入风液综合散热转换管路散发的热气,蒙皮排气道与排气管道连接,用于将冷却后的空气输送至风液综合散热转换管路;所述气泵用于根据飞行高度和空气流速调整舱内空气流速以调整散热效率。
2.根据权利要求1所述的基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热***,其特征在于,所述蒙皮进气道、蒙皮排气道均采用漏斗形空气流道,蒙皮进气道入口端较大,蒙皮排气道出口端较大。
3.根据权利要求1所述的基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热***,其特征在于,所述蒙皮散热器具有外层蒙皮、中层蜂窝状骨架及内层蒙皮;进气管道、排气管道、弧形管道均设置在中层蜂窝状骨架内。
4.根据权利要求1所述的基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热***,其特征在于,所述机载设备液冷管路包括供液管路、各机载设备分管路及排液管路,液冷工质自供液管路平行输入各机载设备分管路,吸热后汇总至排液管路输出。
5.根据权利要求1所述的基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热***,其特征在于,所述风液综合散热转换管路包括具有翅片结构的换热管及安装在换热管上的流体循环泵;所述换热管两端分别连接机载设备液冷管路的供液管路及排液管路,风液综合散热转换管路的液冷工质经流体泵加压后,在换热管中风冷后输回机载设备液冷管路中。
6.根据权利要求1所述的基于风液综合散热结构的就近排散飞机蒙皮散热***,其特征在于,所述述蒙皮散热器为铝-蜂窝铝-铝三层结构。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220506 |