電動壓氣機自引射增壓系統及其增壓方法
【專利摘要】本發明公開了一種電動壓氣機自引射增壓系統及其增壓方法，屬飛行器環境控制系統【技術領域】。該方法在保證氣源清潔度和減少飛機性能代償損失的前提下，降低了單級電動壓氣機壓比。采用引射器將壓氣機出口的高溫高壓氣體作為引射流，與吸入流環境空氣混合，混合后的空氣被提升了壓力和溫度，再進入壓氣機中進一步壓縮，最終可提高系統增壓比，本發明采用單級壓氣機，實現系統增壓比2.5及以上，在電動引氣的出口壓力和溫度要求相同的情況下，降低壓氣機的增壓比需求，降低了壓氣機的制造難度與成本。對于機載環境，在尺寸、重量和功耗苛刻要求的前提下，與多級電動增壓方法相比，亦具有結構簡單、可靠性高和易于實現的特點。
【專利說明】電動壓氣機自引射增壓系統及其增壓方法 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發明涉及一種電動壓氣機自引射增壓系統及其增壓方法，屬于飛機環境控制系 統【技術領域】。 【背景技術】
[0002] 現役飛機環境控制系統多采用發動機引氣的空氣循環環境控制系統，詳見壽榮 中，何慧姍.飛行器環境控制.北京：北京航空航天大學出版社，2006。而發動機引氣會造 成發動機性能下降，增加飛機性能代償損失，詳見黃輝，崔丹丹，崔高偉.引氣環控系統和 全電環控系統性能對比分析.中國科技信息.2013. 15。為減少飛機性能代償損失，提出了 電動引氣替代發動機引氣的環控系統方案，并已被用于波音787飛機，詳見黨曉民，成杰， 林麗.我國大型飛機環境控制系統研制展望.航空工程進展.2010. 2。電動壓氣機是電動 引氣系統的關鍵部件，需要在飛機的飛行包線內正常工作并維持飛機座艙所需的壓力。當 飛機在巡航高度（約10000米）時為了保證飛機座艙壓力（約80kPa及以上），計入引氣壓 縮空氣沖壓功時，所需壓比高達2. 5及以上。而對于機載單級空氣壓縮機，受尺寸、重量和 功耗等的要求嚴格，其單級壓比難以突破2 ;若使壓比突破2以上，壓氣機轉速需在4萬轉 以上，輪徑也高達0.3米。為了緩解尺寸和功耗需求，雖然采用多級壓氣機方案可實現壓比 為2. 5及以上的需求，但壓氣機結構較復雜。
【發明內容】

[0003] 本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種電動壓氣機自引射增壓系統及其增 壓方法。該系統在原有的單級葉輪壓氣機的基礎上，增加了引射器，使得在滿足出口氣體參 數不變的情況下，單級壓氣機即可實現壓比為2. 5及以上的需求。
[0004] 一種電動壓氣機自引射增壓系統，包括進氣閥門、引射器、調節閥門、壓氣機和高 速電機；
[0005] 進氣閥門通過管路連接到壓氣機入口，壓氣機出口管路引出一路支管連接調節閥 門，調節閥門通過管路連接引射器，引射器出口位于進氣閥門和壓氣機入口之間的管路中， 高速電機與壓氣機同軸相連。
[0006] 應用于所述的一種電動壓氣機自引射增壓系統的增壓方法，具體包括以下幾個步 驟：
[0007] 步驟一：壓氣機升溫升壓
[0008] 環境空氣通過進氣閥門及管路進入壓氣機后，升溫升壓，壓氣機出口氣體工質；
[0009] 步驟二：引射器引射入口工質
[0010] 將步驟一中得到的壓氣機出口氣體工質，通過一個支路，用調節閥門調節其流量， 引至進氣閥門和壓氣機入口之間，經過引射器噴出，形成引射流，吸入流為環境空氣1，引射 流與吸入流混合，得到的混合流；
[0011] 步驟三：重新進入壓氣機升壓
[0012] 步驟二中獲得的混合流，繼續進入壓氣機進行升溫升壓。
[0013] 本發明的優點在于：采用引射器自引射增壓后，采用單級壓氣機即可實現壓比 2. 5及以上的需求，從而有效降低電動壓氣機的制造難度與成本，同時具有結構簡單易于實 現的優點。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發明的結構示意圖；
[0015] 圖中：
[0016] 1.環境空氣 2.進氣閥門 3.引射器
[0017] 4.調節閥門 5.壓氣機 6.高速電機 【具體實施方式】
[0018] 下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[〇〇19] 本發明是一種電動壓氣機自引射增壓系統，如圖1所示，包括進氣閥門2、引射器 3、 調節閥門4、壓氣機5和高速電機6。
[0020] 進氣閥門2通過管路連接到壓氣機5入口，壓氣機5出口管路引出一路支管連接 調節閥門4,調節閥門4通過管路連接引射器3,引射器3出口位于進氣閥門2和壓氣機5 入口之間的管路中，高速電機6與壓氣機5同軸相連。
[0021] 所述的進氣閥門2用于調節電動壓氣機5自引射增壓系統的入口流量；
[0022] 所述的壓氣機5用于給系統工質進行增壓；
[0023] 所述的調節閥門4用于調節引射器3的流量；
[0024] 所述的引射器3用于噴射高溫高壓的引射流；
[0025] 所述的高速電機6用于驅動壓氣機5。
[0026] 工作時，環境空氣1首先通過進氣閥門2進入高速電機6驅動的壓氣機5,變成高 溫高壓的氣體。在壓氣機5出口處引出一部分氣流，經過調節閥門4和管路，通過引射器3 成為引射流。與低能量的吸入流環境空氣相比，引射流具有高能量，兩股不同能量的流體之 間會形成一個剪切面，通過粘性剪切力和流體擴散的機械作用，高速引射流的動量和動能 逐漸傳遞給吸入的低能流。當混合完成后，引射流和吸入流將成為能量和速度分布相同的 一股流體，進入壓氣機5升溫升壓。由能量守恒與動量守恒可知，該混合流體的溫度與壓力 均高于原吸入流的環境空氣，進一步提高了壓氣機5的入口溫度和壓力。
[0027] 本發明的電動壓氣機自引射增壓系統具體工作過程為：壓氣機5與高速電機6相 連，環境空氣1經過進氣閥門2,流入壓氣機5入口，經過壓縮，溫度和壓力升高，從壓氣機5 出口流出。出口處的管路將一部分高溫高壓氣體經過調節閥門4,引回至進氣閥門2和壓氣 機5入口之間，經引射器3噴出，作為引射流與流入的環境空氣混合，形成溫度與壓力都高 于原環境空氣的新的混合流。該混合流進入壓氣機進行壓縮，在較小的增壓比下即可得到 與原出口氣體相同的壓力。這一過程可以不斷地循環進行。
[0028] 應用于上述電動壓氣機自引射增壓系統的增壓方法，具體通過如下步驟實現：
[0029] 步驟一：壓氣機升溫升壓
[〇〇3〇] 環境空氣1是地面狀態或高空狀態的沖壓空氣，對于旅客機，其壓力范圍約為 40?lOOkPa，對應溫度約為263K?313K。通過進氣閥門2及管路進入壓氣機5后，經過壓 縮，溫度和壓力均得到提高。以高空巡航高度（10000米）為例，壓比為1.8時，壓氣機5出 口壓力約為76kPa，出口溫度約為321K。
[0031] 步驟二：引射器3引射入口工質
[0032] 將步驟一中得到的壓氣機5出口氣體工質，通過一個支路，用調節閥門4調節其流 量，引至進氣閥門2和壓氣機5入口之間，經過引射器3噴出，形成引射流，吸入流為環境空 氣1。引射流與吸入流混合的過程遵循動量守恒和能量守恒，得到的混合流與原環境空氣1 相比，溫度和壓力均得到提高。引射器3增壓比不低于1. 4時，混合后的混合流在壓氣機5 入口的壓力可大于58. 3kPa。
[0033] 步驟三：重新進入壓氣機5升壓
[0034] 步驟二中獲得的溫度壓力較高的混合流，繼續進入壓氣機5進行升溫升壓。壓氣 機壓比為1.8時，系統壓比可達2. 5及以上。
【權利要求】
1. 一種電動壓氣機自引射增壓系統，包括進氣閥門、引射器、調節閥門、壓氣機和高速 電機； 進氣閥門通過管路連接到壓氣機入口，壓氣機出口管路引出一路支管連接調節閥門， 調節閥門通過管路連接引射器，引射器出口位于進氣閥門和壓氣機入口之間的管路中，高 速電機與壓氣機同軸相連。
2. 根據權利要求1所述的一種電動壓氣自引射增壓系統，所述的高速電機的轉速能夠 調節，以滿足機載環境下因外環境大氣條件改變引氣壓氣機入口參數變化的自適應性。
3. 根據權利要求1所述的一種電動壓氣自引射增壓系統，所述的調節閥門根據飛行工 況自動調節引射器引射的流量。
4. 應用于權利要求1所述的一種電動壓氣機自引射增壓系統的增壓方法，具體包括以 下幾個步驟： 步驟一：壓氣機升溫升壓 環境空氣通過進氣閥門及管路進入壓氣機后，升溫升壓，壓氣機出口氣體工質； 步驟二：引射器引射入口工質 將步驟一中得到的壓氣機出口氣體工質，通過一個支路，用調節閥門調節其流量，引至 進氣閥門和壓氣機入口之間，經過引射器噴出，形成引射流，吸入流為環境空氣1，引射流與 吸入流混合，得到的混合流； 步驟三：重新進入壓氣機升壓 步驟二中獲得的混合流，繼續進入壓氣機進行升溫升壓。
【文檔編號】F04B41/06GK104100500SQ201410347608
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】楊春信, 張興娟, 馬喆, 王超 申請人:北京航空航天大學