ES2308630T3 - Procedimiento de accionamiento de un sistema de avion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de accionamiento de un sistema de avión, particularmente para el suministro de aire fresco, climatización y presurización de una cabina de avión, que presenta una primera fuente de aire comprimido formada por un primer compresor (C1), que se carga con aire ambiental, aire dinámico y/o aire precomprimido y que se acciona por medio de al menos un motor (M) y/o al menos una turbina (T), y cuya salida está conectada directa o indirectamente con una cabina de avión, y que presenta al menos una segunda fuente de aire comprimido, cuya salida puede conectarse directa o indirectamente con la cabina de avión, estando sólo la primera fuente de aire comprimido conectada con la cabina de avión en un primer modo de operación, estando conectadas, en un segundo modo de operación, tanto la primera como también la segunda fuente de aire comprimido con la cabina de avión y dependiendo la selección del modo de operación de la presión del aire ambiental de tal manera, que en caso de alta presión del aire ambiental se ajuste el primer modo de operación y, por el contrario, cuando la presión del aire ambiental sea menor, se ajuste el segundo modo de operación, caracterizado porque se conmuta del primer al segundo modo de operación cuando se alcanza el límite de cebado del primer compresor (C1) y/o cuando se alcanza el máximo rendimiento del motor del primer compresor (C1).

Description

Procedimiento de accionamiento de un sistema de avión.

La presente invención hace referencia a un procedimiento de accionamiento de un sistema de avión, particularmente para el suministro de aire fresco, climatización y presurización de una cabina de avión, que presenta una primera fuente de aire comprimido formada por un primer compresor, que se carga con aire ambiental, aire dinámico y/o aire precomprimido y que se acciona por medio de al menos un motor y/o al menos una turbina, y cuya salida está conectada directa o indirectamente con una cabina de avión, y que presenta al menos una segunda fuente de aire comprimido, cuya salida puede conectarse directa o indirectamente con la cabina de avión.

Los sistemas de climatización de aviones, que tienen compresores que operan con aire ambiental, se conocen en diferentes modos de ejecución. Gracias a la WO 2005/030583 A1 se conoce una instalación de climatización de avión, con tres intercambiadores de calor situados en un canal de aire dinámico, que pueden interconectarse de manera diferente para la obtención de diferentes rendimientos de enfriamiento y, por consiguiente, de diferentes enfriamientos del aire comprimido.

Gracias a la DE 102 34 968 A1 se conoce una instalación de climatización de avión en la que se combinan una corriente de aire sangrado preenfriada con una corriente de aire ambiental comprimida y preenfriada para dar una corriente de aire mixto, que se suministra entonces a los medios apropiados para deshumidificar esta corriente de aire mixto. El medio de deshumidificación de la corriente de aire mixto consiste en una unidad combinada evaporador/condensador, mediante la cual se conducen las dos corrientes de aire mezcladas en el punto de mezcla con aumento de las gotitas contenidas en estas. Gracias a la DE 103 50 541 A1 se conoce otra instalación de climatización de avión, que opera sin aire sangrado y cuyo compresor se carga con aire dinámico o ambiental y se acciona por medio de motores.

La US 4,262,594 se relaciona con un sistema de climatización para una cabina de avión, apropiado para la presurización y recirculación del aire de la cabina. Este sistema presenta una primera fuente de aire comprimido, cargada con aire ambiental, aire dinámico o aire precomprimido. La fuente de aire comprimido se acciona además por medio de un motor o de una turbina y está conectada con la cabina de avión a través de un separador de agua interconectado. Se prevé asimismo una segunda fuente de aire comprimido acoplable.

Un problema de los compresores cargados con aire ambiental consiste en que las condiciones ambientales, particularmente la presión del aire de entrada al compresor, varían fuertemente en función de la altura de vuelo. De ello resulta un gran rango de operación exigido, que no puede cubrir completamente un compresor de manera eficiente.

Es, por tanto, el objetivo de la invención perfeccionar un procedimiento de accionamiento de una instalación de climatización del avión del tipo citado inicialmente de forma que se garantice la presurización, regulación de la temperatura y suministro de aire fresco de una cabina de avión de manera eficiente, independientemente de la altura de vuelo.

Este objetivo se resuelve con un procedimiento con las características de la Reivindicación 1. Posteriormente se prevé que, en un primer modo de operación, sólo la primera fuente de aire comprimido esté conectada con la cabina de avión y que, en un segundo modo de operación, tanto la primera como también la segunda fuente de aire comprimido estén conectadas con la cabina de avión. La selección del modo de operación depende de la presión del aire ambiental de tal manera, que en caso de alta presión del aire ambiental se ajuste el primer modo de operación y, por el contrario, cuando la presión del aire ambiental sea menor, se ajuste el segundo modo de operación. El procedimiento conforme a la invención opera, por consiguiente, en dos o más de dos modos de operación, que dependen principalmente de la altura de vuelo y, por tanto, de la presión del aire ambiental.

En el primer modo de operación, el suministro de aire se efectúa sólo con el primer compresor citado, que puede ser, por ejemplo, un compresor mono- o también multietapa. Este compresor garantiza los requisitos de presurización, regulación de la temperatura y suministro de aire fresco en la operación básica.

En un segundo modo de operación, es decir, a menor presión ambiental de la que ocurre en el vuelo, el flujo másico de aire fresco exigido es suministrado por al menos dos fuentes. Se trata además del citado primer compresor, cargado con aire ambiental y accionado por medio de un motor y/o de una turbina, así como de otra fuente de aire comprimido. Se prevé preferentemente, que se mezclen los dos flujos másicos de las fuentes de aire comprimido y, por consiguiente se alimenten al tratamiento adicional, es decir, por ejemplo, enfriamiento y deshumidificación, antes de que la corriente de aire mixto acondicionada de este modo se alimente a la cabina de avión.

Se conmuta además del primer al segundo modo de operación, cuando se alcanza el límite de cebado del primer o cuando se alcanza el máximo rendimiento del motor del primer compresor.

Se prefiere que el aire se someta a un enfriamiento antes de la entrada en la cabina de avión, efectuándose el enfriamiento con un intercambiador de calor de aire dinámico situado en un canal de aire dinámico del avión y/o con al menos una turbina. En el primer modo de operación, el enfriamiento se lleva a cabo preferentemente tanto con el, al menos, intercambiador de calor de aire dinámico como también por medio de una o varias turbinas de expansión integradas en el proceso de enfriamiento, estando éstas conectadas preferentemente a través de un árbol con el primer compresor y el motor. Sobre el árbol con el compresor puede haber, por consiguiente, una o varias turbinas. El enfriamiento se efectúa preferentemente por medio de sólo una de estas máquinas integradas en el proceso de enfriamiento, que puede tener una o varias turbinas.

La disposición de varias etapas de expansión, es decir, turbinas sobre un árbol con el compresor, presenta la ventaja de que, por ejemplo, una de la turbinas puede emplearse para el enfriamiento y otra turbina para otro propósito, por ejemplo, para la recuperación de energía mediante la expansión de aire de la cabina. Claramente, resulta asimismo concebible el caso de que todas turbinas del ACM se empleen para propósitos de enfriamiento. El empleo de las etapas individuales de expansión para diferentes propósitos puede depender, por ejemplo, de determinados parámetros y no tiene que ser, por tanto, idéntico en todas las condiciones.

En el segundo modo de operación se prevé preferentemente, que el aire saliente de la primera fuente de aire comprimido y al menos una parte del aire saliente de la segunda fuente de aire comprimido se mezclen y la corriente de aire mixto se someta a un enfriamiento. El enfriamiento puede realizarse como en el primer modo de operación con al menos un intercambiador de calor de aire dinámico, así como con al menos una turbina de expansión integrada en el proceso de enfriamiento.

El punto de mezcla de ambas corrientes puede estar formado, por ejemplo, por una cámara, por ejemplo, por una cámara para la conversión de ozono o hidrocarburos.

En otra ordenación de la invención se prevé, que el aire saliente del primer y/o del segundo compresor y/o de la segunda fuente de aire comprimido se alimente al menos parcialmente a una bomba eyectora. Esta bomba eyectora puede disponerse, por ejemplo, en el canal de aire dinámico del avión y servir para el enfriamiento de un intercambiador de calor de aire dinámico y/o para el enfriamiento de los motores de accionamiento del compresor.

La segunda fuente de aire comprimido puede estar formada por uno o varios segundos compresores mono- o multietapa motorizados y cargados con aire ambiental, aire dinámico y/o aire precomprimido. Resulta asimismo concebible, que la segunda fuente de aire comprimido esté formada por aire sangrado del motor.

La invención no se limita a una primera y una segunda fuente de aire comprimido. Más bien, se pueden conectar cuantas otras fuentes de aire comprimido se quiera.

En una ordenación preferente de la invención, la primera fuente de aire comprimido y la, al menos, otra fuente de aire comprimido se conectan en paralelo. Las fuentes de aire comprimido pueden ser, por consiguiente, por ejemplo, compresores conectados en paralelo, cargados con aire ambiental.

La presente invención no sólo presenta la ventaja de un funcionamiento eficiente de un sistema aeronáutico, particularmente para el suministro de aire fresco, climatización y presurización de una cabina de avión. Otra considerable ventaja resulta de la redundancia basada en las al menos dos fuentes de aire comprimido por sistema. Si, por ejemplo, el motor de uno de los compresores es defectuoso, se asegura, no obstante, un suministro suficiente a la cabina de avión tanto en la operación básica como también en la operación de vuelo con la otra fuente de aire comprimido. También se origina una redundancia en el caso de dos sistemas aeronáuticos y/o de dos sistemas de climatización de aviones, conectados entre ellos por medio de una línea (cross bleed ducting), tal y como se implementa más adelante aún más a fondo.

Las ejecuciones indicadas anteriormente sirven para el caso normal en lo que se refiere al primer y segundo y/o modos de operación adicionales. En caso de error, como por ejemplo, en caso de fallo del primer compresor, se pueden efectuar otras conexiones diferentes de estas. Si falla, por ejemplo, el primer compresor, puede preverse que el suministro de la cabina de avión se efectúe por medio de la segunda fuente de aire comprimido, incluso cuando hubiera que seleccionarse el primer modo de operación en las condiciones ambientales imperantes.

En otra ordenación de la invención se prevé un circuito separador de agua conectado aguas abajo de las fuentes de aire comprimido y conectado en serie a la cabina, así como una turbina conectada aguas abajo del circuito separador de agua, y se prevé un tercer modo de operación, en el que tanto la primera como también la segunda fuente de aire comprimido están conectadas con la cabina de avión y en el que el aire comprimido circunvala parcial o totalmente el circuito separador de agua y la turbina. El suministro del aire fresco se lleva a cabo en este modo, primero como en el primer o segundo modo de operación. Sin embargo, ahora pueden derivarse al menos parcialmente, debido a las condiciones ambientales a gran altura de vuelo, el circuito separador de agua y las etapas de turbina mediante la apertura de una válvula de derivación. El enfriamiento se lleva a cabo ahora, en este caso, esencialmente a través del o de los intercambiadores de calor de aire dinámico.

En otra ordenación de la invención se prevé, que el aire se someta a un enfriamiento antes de la entrada en la cabina del avión, efectuándose el enfriamiento con uno o varios intercambiadores de calor de aire dinámico situados en un canal de aire dinámico del avión, así como con una o varias turbinas total o parcialmente cargadas, que se localizan con el primer compresor sobre un árbol. Se prevé preferentemente, que el enfriamiento se efectúe, además de con el o los intercambiadores de calor de aire dinámico, con sólo un ACM integrado en el proceso del aire refrigerado, que puede presentar a su vez una o varias turbinas. Esta(s) turbina(s) está(n) acopladas, preferentemente a través de un árbol, con el compresor y el motor.

Como la segunda y/o las fuentes adicionales de aire comprimido conforme a la invención sólo se conectan preferentemente en vuelo, a partir de una altura determinada, éstas se pueden integrar en el suelo, es decir, en el primer modo de operación, al menos parcialmente, para la demanda de aire refrigerado para los intercambiadores de calor de aire dinámico.

Resulta además concebible, que el aire de escape del compresor se suministre, a través de válvulas de regulación y/o de bloqueo, parcialmente o exclusivamente a una bomba eyectora (Jet Pump), integrada en la cámara de ventilación del canal de aire dinámico. Esta bomba eyectora garantiza el flujo de aire refrigerado a través de los intercambiadores de calor de aire dinámico. La bomba eyectora puede implementarse con medidas insonorizantes, como por ejemplo, mediante conformado especial de la sección transversal de flujo y/o láminas insonorizantes especiales. En principio, resulta también concebible, conectar la segunda fuente de aire comprimido con una bomba eyectora también en un modo de operación diferente del primero.

En principio, puede conectarse también el primer compresor, independientemente del modo de operación, con una bomba eyectora.

Resulta asimismo concebible, que para la aspiración de aire ambiental a través del o de los intercambiadores de calor de aire dinámico se emplee una rueda de ventilación, integrada en el canal de aire dinámico y/o en la cámara de ventilación (plenum). La rueda de ventilación está conectada con el compresor del motor a través de un árbol. El aire impulsado en esta solución por el compresor en marcha puede o bien dejarse escapar al entorno o emplearse en el canal de aire dinámico para la asistencia del ventilador a través de una bomba eyectora (Jet Pump) o suministrarse a las cargas adicionales.

Resulta también concebible, disponer uno o varios ventiladores independientemente del o de los compresores. Se pueden prever, por consiguiente, uno o varios ventiladores, integrados para el enfriamiento del o de los motores de los compresores y/o del o de los intercambiadores de calor de aire dinámico y que no están conectados con los compresores y/o se localizan con estos sobre un árbol.

La cámara de ventilación puede presentar ramificaciones en la guía de la corriente. Puede preverse además, que el canal de aire dinámico presente, al menos por secciones, una o varias paredes separadoras extendiéndose en la dirección de flujo, que dividan el canal de aire dinámico en al menos dos secciones, disponiéndose en la primera sección una bomba eyectora en conexión con la segunda fuente de aire comprimido o una rueda de ventilación conectada con el segundo compresor y representando la segunda sección una derivación de la primera sección para el aire que atraviesa el canal de aire dinámico. En la primera sección se impulsa preferentemente el aire refrigerado del intercambiador de calor de aire dinámico em condiciones de suelo. En esta sección se disponen la bomba eyectora y/o la rueda de ventilación, pudiendo disponerse estas en conjunto en una rama o por separado en ramas adyacentes. En la segunda sección, se conduce preferentemente el aire refrigerado del intercambiador de calor de aire dinámico en condiciones de vuelo. Por consiguiente, se origina una derivación de la bomba eyectora y/o de la rueda de ventilación, elevándose la permeabilidad. Esta derivación y/u otra ramificación ayuda al funcionamiento seguro del ventilador, en el que se posibilita un flujo de recirculación, si el ventilador está acoplado a un compresor.

En el canal de aire dinámico puede preverse otra sección, en la que se dispone una bomba eyectora y/o un ventilador para el enfriamiento de los motores de accionamiento del compresor.

Por consiguiente, en otra ordenación de la invención se prevé, que para el enfriamiento de uno o de varios motores de accionamiento del o de los compresores se prevea una bomba eyectora o un ventilador.

El instante de conexión de los compresores y/o fuentes de aire comprimido paralelos puede depender de diferentes criterios: resulta concebible prever el mismo tamaño del motor en todos los compresores, lo que requiere una conexión temprana de los compresores auxiliares. Durante la conexión del segundo compresor y/o de la segunda u otra fuente de aire comprimido por paquete se lleva a cabo una división en dos/reducción del flujo másico para el primer compresor, ya que el segundo compresor y/o las fuentes adicionales de aire comprimido impulsan ahora el flujo másico faltante para la cobertura de la cantidad de aire fresco exigida. Esto puede conducir a que el nuevo punto de operación pueda encontrarse, al menos para el primer compresor, en el rango inestable, a la izquierda del límite de la bomba (Surge-Linie). Para hacer posible una operación segura, es decir, estable, se pueden adoptar diferentes medidas: Es posible elevar la cantidad de aire fresco para la cabina en el segundo modo de operación y/o también en el tercer modo de operación. En principio, puede concebirse también un aumento de la cantidad de aire fresco en otros modos de operación, por ejemplo, en el primer modo de operación.

Resulta asimismo concebible elevar el flujo másico a través de las etapas del compresor mediante recirculación, pudiendo disponerse en la línea de recirculación una válvula (Anti Surge Valve (ASV)). Este aumento del flujo no sirve para elevar la cantidad de aire fresco, sino sólo para la seguridad de los componentes. Una recirculación de este tipo puede concebirse independientemente del modo de operación, es decir, puede seleccionarse en el primer, segundo, tercero, etc., modo de operación.

Resulta además concebible, que en el primer o segundo modo de operación el aire saliente del primer compresor y/o de los compresores se alimente a la segunda y/u otra fuente de aire comprimido por medio de una bomba eyectora a través del canal de aire dinámico del avión o cargas adicionales del avión. Este modo de operar resulta concebible en el primer o segundo modo de operación, aunque también en otros modos de operación.

Esto conlleva también para cualquier modo una operación de los compresores en el rango estable.

Estas cargas adicionales pueden ser, por ejemplo, los sistemas OBOGS, OBIGGS, WAI (Wing Anti Ice) u otro calentamiento/enfriamiento. Resulta además concebible, utilizar el aire saliente para el arranque del motor o para el arranque de un propulsor auxiliar (APU).

Para limitar el rendimiento necesario del motor, puede elevarse la permeabilidad del paquete en función del rendimiento de enfriamiento exigido y de la deshumidificación del aire a través del circuito separador de agua. Para ello hay diferentes posibilidades disponibles:

Resulta concebible, ajustar de manera óptima el rendimiento necesario del motor a través de un distribuidor variable de la turbina a través de un ajuste del área de la sección. El punto de diseño considerable para la boquilla de la turbina es el caso de suelo con rendimiento de enfriamiento máximo y alta humedad del aire. Al aumentar la altura de vuelo es necesario un aumento de la superficie de la boquilla. La activación de este distribuidor de la turbina puede realizarse, por ejemplo, eléctricamente, electro-neumáticamente o también de manera puramente neumática.

La permeabilidad puede elevarse además abriendo una línea de derivación a gran altura de vuelo con baja humedad ambiental, que circunvale el circuito separador de agua, así como la turbina. Esto es, por tanto, posible, ya que a gran altura de vuelo no se precisa ninguna deshumidificación más. En esta línea de derivación se dispone la válvula BPV. Para una BPV completamente abierta se tiene que alcanzar el rendimiento de enfriamiento exigido por medio de los intercambiadores de calor de aire dinámico, ya que la etapa de turbina, debido a la mayor permeabilidad de la línea de derivación, se deriva casi totalmente. Si fuera necesario un mayor rendimiento de enfriamiento, la BPV sólo puede regularse para alcanzar un rendimiento de enfriamiento adicional de la turbina u otro rendimiento de enfriamiento, necesitándose una mayor razón de presiones de los compresores y, por tanto, más rendimiento del motor.

Además puede preverse, que una común unidad de activación para la válvula TCV, que se dispone en una línea de conexión de la salida de las fuentes de aire comprimido y/o la línea de aire mixto con la salida de la turbina, y se prevé este distribuidor, precisándose para esta activación sólo un único actuador.

En el suelo y a baja altura de vuelo puede ser necesario tomar las medidas apropiadas para elevar el rendimiento de calentamiento del sistema de climatización. Para ello hay asimismo diferentes posibilidades disponibles.

Resulta concebible, para elevar la temperatura, poder recircular una parte del aire comprimido a través del compresor, elevándose la temperatura del aire del proceso y aumentando, por consiguiente, también la capacidad calefactora del sistema de climatización.

Resulta asimismo concebible, elevar la temperatura de salida mediante una válvula para el estrangulamiento de los compresores y, por otro, posibilitar una derivación de la etapa de turbina.

Resulta además posible, implementar el distribuidor de la turbina a través de variaciones variables del área de la sección, de forma que también de este modo se garantice la capacidad calefactora, en condiciones de suelo, del sistema de climatización.

Resulta además posible, influir sobre el rendimiento de calentamiento, de forma que se reduzca la cantidad de aire dinámico. Esto puede realizarse cerrando el canal de aire dinámico parcial o totalmente por medio de una tapa o de una válvula, activada a través de un actuador. Resulta asimismo concebible, reducir o parar el aire comprimido suministrado a la bomba eyectora situada en el canal de aire dinámico y/o modificar el nivel de presión el caudal.

Otra posibilidad consiste en ajustar el rendimiento de la rueda de ventilación situada en el canal de aire dinámico.

El enfriamiento del motor puede efectuarse empleando aire ambiental y/o aire dinámico o por medio de un circuito de refrigeración de líquidos o bifásico. Si fuera necesario, puede preverse una bomba eyectora propia para el canal de enfriamiento del motor. El enfriamiento puede realizarse con aire ambiental o dinámico.

El circuito de separación del agua del sistema de climatización comprende convencionalmente un recalentador, un condensador conectado aguas abajo de éste por el lado del aire comprimido y un separador de aguaconectado aguas debajo de éste. En principio, el circuito separador de agua puede implementarse también sin recalentador.

En otra ordenación de la invención se prevé que se dispongan un primer y un segundo sistema de climatización, que operen conforme a un procedimiento según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 29, estando formada la segunda fuente de aire comprimido por dos o más de dos compresores motorizados cargados con aire ambiental, aire dinámico o aire precomprimido o dos o más de dos fuentes de aire sangrado del motor, conectándose en el segundo modo de operación una de las segundas fuentes de aire comprimido a ambos sistemas de climatización y conectándose en un modo de operación adicional las segundas fuentes de aire comprimido, en cada caso, a uno de los dos sistemas de climatización. Un procedimiento de este tipo ofrece la ventaja de que la reducción de los flujos másicos para los primeros compresores del sistema de climatización no cae tan fuertemente durante el cambio del primer al segundo modo de operación, ya que el flujo másico del compresor acoplado y/o de la fuente de aire comprimido acoplada se divide primero entre ambos sistemas de climatización.

Este efecto puede lograrse también claramente por el hecho de que la segunda fuente de aire comprimido sólo está formada por un compresor motorizado cargado con aire ambiental, aire dinámico o aire precomprimido o sólo una fuente de aire sangrado. Esta una segunda fuente de aire comprimido puede conectarse, en el segundo modo de operación, con bajo rendimiento a ambos sistemas de climatización y/o a ambos sistemas aeronáuticos, de forma que la reducción del flujo másico del primer compresor resulte sólo proporcionalmente pequeña. En un modo de operación adicional puede conectarse la segunda fuente de aire comprimido a ambos sistemas de climatización con un mayor flujo másico.

La conexión de los segundos sistemas de climatización y/o sistemas aeronáuticos mediante una línea de unión conlleva una ejecución asimismo redundante, de forma que pueda compensarse considerable o totalmente un caso de fallo de uno de los sistemas de climatización.

Otros detalles y ventajas de la invención se describen más a fondo mediante un ejemplo de ejecución representado en el diseño. Muestran:

Figura 1: una representación esquemática de una instalación de climatización del avión, a la que se le aplica el procedimiento conforme a la invención,

Figura 2: una representación esquemática de la instalación de climatización del avión conforme a la Figura 1 en un modo de ejecución particular y

Figura 3: una representación esquemática de la instalación de climatización del avión para la ejecución de una variante del procedimiento conforme a la invención.

La Figura 1 muestra con el símbolo de referencia C1 un primer compresor cargado con aire ambiental. Éste se conecta con un motor M y una turbina de expansión T a través de un árbol. La unidad completa se designa como MCT (Motorized Compressor Turbine). La flecha oscilante en la zona del motor M debería sugerir su enfriamiento, por ejemplo, por medio de una bomba eyectora o de un ventilador, que pueden disponerse, por ejemplo, en el canal de aire dinámico. Esto mismo es válido para las Figuras 2 y 3.

Además de esta fuente de aire comprimido se prevé otra segunda fuente de aire comprimido "second air source", que se conecta dependiendo de en qué modo de operación opere el equipo. Esta fuente de aire comprimido puede conectarse y/o desconectarse por medio de la válvula MV1 (Modulating Valve 1) o también conectarse parcialmente. En vez de la válvula MV1 puede disponerse también una válvula de retención. Esta segunda fuente de aire comprimido puede ser, por ejemplo, un segundo compresor motorizado cargado con aire ambiental o también aire sangrado del propulsor del avión. La línea de salida del compresor C1 presenta una válvula de retención CCKV, que garantiza que que el flujo de esta línea de salida no conduzca al compresor.

La línea de salida del compresor C1 así como la fuente adicional de aire comprimido se conectan en un punto de mezcla 10. Aguas abajo del punto de mezcla hay una cámara 20, en la que puede disponerse, por ejemplo, un convertidor para ozono y/o para hidrocarburos (OZC).

Aguas abajo y debajo de esta cámara se encuentra el intercambiador de calor de aire dinámico MHX, que se dispone en el canal de aire dinámico 30 del avión, tal y como se deduce de la Figura 1. El canal de intercambiador de calor de aire dinámico MHX se conecta, por el lado de la salida, con un circuito separador de agua constituido por recalentador REH, condensador CON y separador de agua WE, disponiéndose los componentes en la secuencia recalentador, condensador y separador de agua. El separador de agua WE se conecta, por el lado de la salida, con la cara fría del recalentador REH. La cara fría del recalentador se conecta, por el lado de la salida, a través de un distribuidor VTN (Variable Turbine Nozzle) a la turbina T, conectado aguas arriba de la turbina T. El aire frío saliente de la turbina atraviesa el condensador CON por su cara fría y se alimenta entonces, después del paso por una válvula de retencións PCKV (Pack Check Valve), a una cámara de mezcla o a la cabina del avión.

El agua separada en el separador de agua WE se alimenta a través de un inyector de agua WI al canal de aire dinámico 30, tal y como se deduce de la Figura 1. Por el lado de la entrada del canal de aire dinámico hay una tapa de la entrada del canal de aire dinámico 32, que puede desplazarse a diferentes posiciones por medio del RAIA (Ram Air Inlet Actuator).

Por el lado del aire dinámico, aguas abajo del canal de intercambiador de calor de aire dinámico MHX, se divide el canal de aire dinámico en dos secciones 31 y 31'. En la sección representada arriba se encuentra la bomba eyectora JP (Jet Pump), conectada con las líneas de salida de los compresores y/o las fuentes de aire comprimido a través de válvulas JPMV (Jet Pump Modulating Valve).

Desde la línea de aire mixto se extiende, aguas abajo de la cámara 20 y aguas arriba del intercambiador de calor del canal de aire dinámico MHX, una línea hasta el lado de la salida de la turbina T, en la que se dispone una válvula TCV (Temperature Control Valve). Se prevé además una línea de derivación, que conduce desde el lado de la salida del intercambiador de calor del canal de aire dinámico MHX hasta la línea del sistema de climatización que conduce a la cámara de mezcla. En esta línea se encuentra la válvula BPV (Bypass Valve).

La instalación conforme a la Figura 1 opera como. En un primer modo de operación, todo el aire fresco es suministrado sólo por el compresor C1. Éste se implementa preferentemente de una etapa, aunque también se considera, en principio, una ejecución multietapa. Este compresor sirve para garantizar los requisitos en lo que a la presurización, regulación de la temperatura y suministro de aire fresco se refiere. El aire saliente del compresor se enfría, después de pasar por la cámara 20, primero en el intercambiador de calor del canal de aire dinámico MHX. Este aire atraviesa, a continuación, el circuito separador de agua y se somete entonces a un segundo enfriamiento en la única turbina T en el proceso de enfriamiento. La potencia de la turbina sirve junto con la potencia del motor M para el accionamiento del compresor C1. El aire frío saliente de la turbina sirve para la condensación de la humedad del aire saliente del intercambiador de calor del canal de aire dinámico en el condensador CON.

En un segundo modo de operación se abre la válvula MV1 o una válvula de retención y el flujo másico de aire fresco consitirá ahora en el aire saliente del compresor C1, así como en la corriente de aire comprimido de la segunda fuente de aire comprimido. En el segundo modo de operación, la corriente de aire mixto atraviesa los mismos componentes que el aire saliente del compresor C1 en el primer modo de operación.

En un tercer modo de operación, el suministro de aire fresco se lleva a cabo primero como en el segundo modo de operación. Sin embargo, ahora pueden derivarse al menos parcialmente, debido a las condiciones ambientales a gran altura de vuelo, el circuito separador de agua y la etapa de turbina mediante la apertura de la válvula BPV. El enfriamiento en el tercer modo de operación se lleva a cabo ahora esencialmente por medio del intercambiador de calor del canal de aire dinámico MHX.

Mediante la alta razón de presiones exigida de las etapas individuales del compresor, debida a una compresión en una etapa, estas sólo alcanzan un rango de operación limitado para el flujo másico corregido. Para poder suministrar el flujo másico (flujo volumétrico) creciente con el aumento de la altura de vuelo, influido por la presión decreciente de entrada al compresor, se conectan en paralelo etapas de compresión y/o fuentes de aire comprimido adicionales como implementadas dependiendo de la altura de vuelo. El número de compresores de aire ambiantal empleado no está además fijado, efectuándose, para cubrir todo el rango de aplicación, una conexión en paralelo de al menos dos fuentes de aire comprimido por paquete (sistema de climatización).

Tal y como se deduce ulteriormente de la Figura 1, puede recurrirse a la segunda fuente de aire comprimido en caso de válvula JPMV abierta para accionar la bomba eyectora JP. Esto conlleva que también en el primer modo de operación se garantice una corriente de aire refrigerado a través del o de los intercambiadores de calor de aire dinámico. Tal y como se deduce ulteriormente de la Figura 1, el aire saliente del compresor C1 también puede suministrarse a través de una válvula JPMV a la bomba eyectora. Un procedimiento de este tipo resulta entonces particularmente razonable, para posibilitar una operación estable del compresor C1. De este modo se conduce el flujo másico adicional a través de la bomba eyectora JP al canal de aire dinámico o, alternativamente, se suministra a las cargas adicionales.

Para elevar la permeabilidad del sistema de climatización, puede ajustarse óptimamente el área de la sección a través de un distribuidor variable de la turbina. Para este propósito sirve la unidad VTN de la turbina T. Esta unidad puede activarse con la válvula TCV, que sirve para la regulación de la temperatura, por medio de un actuador común.

La Figura 2 muestra una ordenación de la disposición conforme a la Figura 1, estando la segunda fuente de aire comprimido formada por un compresor C2 accionado por un motor M. No se prevé una turbina, de forma que se obtiene una disposición MC (Motorized Compressor). Pueden preverse una o varias unidades de este tipo. El modo de operación del sistema de climatización representado en la Figura 2 corresponde al descrito para la Figura 1, de forma que se hace referencia correspondientemente. Adicionalmente a la Figura 1, se apuntan líneas de recirculación para los compresores C1 y C2, que pueden cerrarse con una válvula ASV (Anti Surge Valve). Además, en la línea que se extiende desde la cámara 20 hasta el intercambiador de calor del canal de aire dinámico MHX se prevé otra válvula CLV (Compresor Load Valve). Abriendo la válvula ASV puede aumentarse el aire de recirculación a través del compresor, posibilitándose una operación más segura y estable de los compresores C1, C2. Tal y como se implementó, el aumento del flujo másico del compresor puede efectuarse también a través de las Jet Pump Modulating Valves JPMV. La válvula CLV representada en la Figura 2 sirve para el estrangulamiento de los compresores C1, C2, mediante los cuales se eleva la temperatura de salida de los compresores C1, C2.

La Figura 3 muestra otra variante de un sistema de climatización que opera por el procedimiento conforme a la invención. Para la operación en suelo y bajas alturas de vuelo se aplica la operación del sistema de climatización explicada para las Figuras 1 y 2. La disposición conforme a Figura 3 posibilita la conexión por etapas de los compresores C3 y C4 motorizados cargados con aire ambiental, reduciéndose el problema de que los compresores C1 y C2 del paquete derecho y/o izquierdo operen en el rango inestable.

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Conforme a la Figura 3 se prevé que a partir de una determinada altura de vuelo sólo opere uno de los compresores auxiliares C3 o C4 en paralelo con los compresores de los paquetes LH y RH. Esto tiene como consecuencia, que la reducción de los flujos másicos para los primeros compresores C1 y C2 no caiga tan fuertemente y siga siendo posible un punto de operación en el rango estable (a la derecha del límite de la bomba (Surge-Linie)). Para dividir el flujo másico del compresor acoplado (C3 o C4) en ambos paquetes, se conectanestos a través de una línea 40 (Cross Bleed Ducting). En esta línea se dispone la válvula CBSOV (Cross Bleed Shut Off Valve), por medio de la cual puede abrirse o cerrase la línea 40.

La conexión de ambos sistemas de climatización mediante la Cross Bleed Ducting conlleva una ejecución redundante, ya que cada uno de los sistemas de climatización puede conectarse, si fuera necesario, con las fuentes de aire comprimido asignadas al otro sistema de climatización.

A mayor altura de vuelo puede conectarse ahora también en paralelo el otro compresor auxiliar (C3 o C4). La válvula CBSOV se cierra, de forma que operen de nuevo dos paquetes separados de manera comparable con el segundo modo de operación a las Figuras 1 y 2.

Claims (30)

1. Procedimiento de accionamiento de un sistema de avión, particularmente para el suministro de aire fresco, climatización y presurización de una cabina de avión, que presenta una primera fuente de aire comprimido formada por un primer compresor (C1), que se carga con aire ambiental, aire dinámico y/o aire precomprimido y que se acciona por medio de al menos un motor (M) y/o al menos una turbina (T), y cuya salida está conectada directa o indirectamente con una cabina de avión, y que presenta al menos una segunda fuente de aire comprimido, cuya salida puede conectarse directa o indirectamente con la cabina de avión, estando sólo la primera fuente de aire comprimido conectada con la cabina de avión en un primer modo de operación, estando conectadas, en un segundo modo de operación, tanto la primera como también la segunda fuente de aire comprimido con la cabina de avión y dependiendo la selección del modo de operación de la presión del aire ambiental de tal manera, que en caso de alta presión del aire ambiental se ajuste el primer modo de operación y, por el contrario, cuando la presión del aire ambiental sea menor, se ajuste el segundo modo de operación, caracterizado porque se conmuta del primer al segundo modo de operación cuando se alcanza el límite de cebado del primer compresor (C1) y/o cuando se alcanza el máximo rendimiento del motor del primer compresor (C1).

2. Procedimiento acorde a la Reivindicación 1, caracterizado porque el aire comprimido se somete a un enfriamiento antes de la entrada a la cabina de avión, efectuándose el enfriamiento con un intercambiador de calor de aire dinámico (MHX) situado en un canal de aire dinámico (30) del avión y/o con al menos una turbina (T).

3. Procedimiento acorde a la Reivindicación 2, caracterizado porque la al menos una turbina (T) se localiza con el primer compresor (C1) sobre un árbol.

4. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque en el segundo modo de operación se mezclan el aire saliente del primer compresor (C1) y al menos una parte del aire saliente de la segunda fuente de aire comprimido y se somete la corriente de aire mixto a un enfriamiento.

5. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire saliente del primer compresor (C1) se alimenta al menos parcialmente a una bomba eyectora (JP).

6. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque la segunda fuente de aire comprimido está constituida por uno o varios segundos compresores (C2) motorizados y cargados con aire ambiental.

7. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque la segunda fuente de aire comprimido se diseña de tal manera que produce aire sangrado del motor.

8. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque, además de la primera y segunda fuente de aire comprimido, se prevén otras fuentes de aire comprimido, cuyas salidas pueden conectarse directa o indirectamente con la cabina de avión.

9. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque la primera fuente de aire comprimido y la al menos una segunda fuente de aire comprimido están conectadas en paralelo.

10. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque se prevé un circuito separador de agua conectado aguas abajo de las fuentes de aire comprimido y conectado en serie a la cabina, así como una turbina conectada aguas abajo del circuito separador de agua, y porque se prevé un tercer modo de operación, en el que tanto la primera como también la segunda fuente de aire comprimido están conectadas con la cabina de avión y en el que el aire comprimido circunvala parcial o totalmente el circuito separador de agua y la turbina.

11. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire se somete a un enfriamiento antes de la entrada en la cabina del avión, efectuándose el enfriamiento con uno o varios intercambiadores de calor de aire dinámico (MHX) situados en un canal de aire dinámico (30) del avión, así como con una o varias turbinas (T) total o parcialmente cargadas, que se localizan con el primer compresor (C1) sobre un árbol.

12. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque en el primer modo de operación la segunda fuente de aire comprimido se conecta de tal manera, que su aire saliente se alimente a una bomba eyectora (JP) dispuesta en un canal de aire dinámico (30) con al menos un intercambiador de calor de aire dinámico (MHX).

13. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque para del enfriamiento del almenos un motor (M) de accionamiento del o de los compresores se prevé una bomba eyectora (JP) y/o un ventilador.

14. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque la segunda fuente de aire comprimido está constituida por uno o varios segundos compresores (C2) motorizados y cargados con aire ambiental, estando el al menos un primer y/o segundo compresor (C1, C2) conectado con una rueda ventiladora, dispuesta en el canal de aire dinámico (30) con al menos un intercambiador de calor de aire dinámico (MHX) y que opera, en el primer modo de operación, para la alimentación al menos parcial de aire a través del intercambiador de calor de aire dinámico (MHX).

15. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque se prevén uno o varios ventiladores para el enfriamiento del o de los motores de accionamiento de los compresores y/o del o de los intercambiadores de calor de aire dinámico (MHX), que no están conectados con el o los compresores.

16. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el canal de aire dinámico (30) presenta, al menos por secciones, una o varias paredes separadoras extendiéndose en la dirección de flujo, que divide el canal de aire dinámico (30) en al menos dos secciones (31, 31'), disponiéndose en la primera sección (31) una bomba eyectora (JP) en conexión con la segunda fuente de aire comprimido o una rueda de ventilación conectada con el segundo compresor (C2) y representando la segunda sección (31') una derivación de la primera sección (31) para el aire que atraviesa el canal de aire dinámico (30).

17. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque en el canal de aire dinámico (30) se prevé otra sección, en la que se prevé una bomba eyectora y/o un ventilador para de enfriar el motor.

18. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque en el segundo modo de operación la masa de aire alimentada a la cabina del avión se eleva frente al primer modo de operación.

19. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque la salida del primer compresor (C1) y/o de los compresores de la segunda y/u otra fuente de aire comprimido (C2, C3, C4) se conecta/n con las respectivas entradas de compresor para la elaboración de un flujo de recirculación.

20. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire saliente del primer compresor (C1) y/o de los compresores de la segunda y/u otra fuente de aire comprimido (C2, C3, C4) se alimenta a través de una bomba eyectora (JP) al canal de aire dinámico (30) del avión u otras cargas del avión.

21. Procedimiento acorde a la Reivindicación 20, caracterizado porque las cargas adicionales se seleccionan del grupo OBOGS, OBIGGS, WAI (Wing Anti Ice), supplemental Cooling/Heating y/o porque el aire saliente se emplea para el arranque de un propulsor o propulsor auxiliar.

22. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque la instalación de climatización del avión presenta una turbina (T) conectada a la salida de las fuentes de aire comprimido y porque para el aumento de la permeabilidad de la instalación de climatización del avión se efectúa una variación del área de la sección de la turbina (T) por medio de un distribuidor de turbina.

23. Procedimiento acorde a la Reivindicación 22, caracterizado porque se prevé una línea de conexión de la línea de entrada del intercambiador de calor de aire dinámico (MHX) con la salida de la turbina, en la que se dispone una válvula (TCV: Temperature Control Valve), y porque para esta válvula, así como para el distribuidor de la turbina, se prevé una unidad común de control.

24. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque para elevar la temperatura se lleva el aire comprimido en el circuito a través del compresor de la primera y/o de las fuentes adicionales de aire comprimido (C1, C2, C3, C4).

25. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque para elevar la temperatura se lleva a cabo un estrangulamiento de las líneas de salida de los compresores de la primera y/o de la fuente adicional de aire comprimido (C1, C2, C3, C4).

26. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque para elevar la temperatura se reduce la cantidad de aire dinámico dirigida a través del canal de aire dinámico (30) del avión.

27. Procedimiento acorde a la Reivindicación 26, caracterizado porque la entrada del canal de aire dinámico puede sellarse al menos parcialmente por medio de una tapa (32) o de una válvula, que se activa a través de un actuador (RAIA).

28. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque el aire saliente del primer compresor (C1) así como de la al menos otra fuente de aire comprimido se combinan en un punto de mezcla (10), estando constituido el punto de mezcla (10) por una cámara, particularmente por una cámara (20) para la conversión de ozono y/o hidrocarburos.

29. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque se prevén un primer y un segundo sistema de climatización, que operan conforme a un procedimiento según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 28, estando formada la segunda fuente de aire comprimido por dos o más de dos compresores motorizados cargados con aire ambiental, aire dinámico o aire precomprimido o dos o más de dos fuentes de aire sangrado del motor, conectándose en el segundo modo de operación una de las segundas fuentes de aire comprimido a ambos sistemas de climatización y conectándose en un modo de operación adicional las segundas fuentes de aire comprimido, en cada caso, a uno de los dos sistemas de climatización.

30. Procedimiento acorde a una de las anteriores Reivindicaciones, caracterizado porque se prevén un primer y un segundo sistema de climatización, que operan conforme a un procedimiento según al menos una de las Reivindicaciones 1 a 28, estando formada la segunda fuente de aire comprimido por un compresor motorizado cargado con aire ambiental, aire dinámico o aire precomprimido o una fuente de aire sangrado del motor, conectándose en el segundo modo de operación la segunda fuente de aire comprimido a ambos sistemas de climatización con un flujo másico reducido y conectándose en un modo de operación adicional la segunda fuente de aire comprimido a ambos sistemas de climatización con un flujo másico mayor que éste.