система газоразделения и газораспределения самолета

Формула 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.

Описание изобретения к патенту

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.