经受负压的航空器舱室的排水杆的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种排水杆，在不使用任何压力控制激活装置和不对航空器的空气动力行为造成重大扰乱的情况下，当舱室中的压力比外界压力低时，排水杆能够有效地将容纳在舱室内的液体排出到航空器之外。所述排水杆构造有截面面积从所述舱室的底入口区域向其出口区域减小的横截面，并且在气流方向上与所述舱室成锐角α。所述排水杆的入口和出口区域具有两个长度不同的垂直的对称轴，所述入口区域设置有基本与所述气流方向平行的较长对称轴。所述排水杆具有相对于基本垂直于机身表面且经过所述入口区域的较长对称轴的平面对称的构造。
【专利说明】经受负压的航空器舱室的排水杆
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种经受负压的诸如辅助动力单元舱室或发动机舱等的航空器舱室 的排水杆。
【背景技术】
[0002] 航空器的辅助动力单元（APU)的已知排水系统包括用于将集聚在APU舱室中的任 何液体通过重力排出到大气中的杆或桅杆（mast)。
[0003] 典型地由APU自身生成的喷射泵机构所引起的APU舱室的通风效果之一是在APU 舱室中产生低压（APU舱室中的压力比外部低）。
[0004] 施加在排水系统中的压力的缺陷中的一些主要与装填排水杆的困难相关。也就 是，一旦其被液体填满，杆的排水能力是足够的，但是如果在杆被液体填满之前开始将空气 吸入到APU舱室中，因为APU舱室中的压力比外界低，所以由气流引入的压力阻碍液体的流 动，可能发生杆从未被填满或装填的情况。通常，进入到APU腔室空气几乎完全防止任何液 体流出，直到APU腔室内部的液体高度足以抵消APU腔室中的吸气，从而使得杆失效。一旦 达到此高度，只有降低杆的横截面对于排水才是有效的，并且另外，APU腔室中的液体高度 将与不包含排水杆的情况下达到的高度一样大。
[0005] US 5, 996, 938提出了一种排水系统，所述排水系统包括排水管，其在上端与液体 收集层流体连通，在下端与止回阀流体连通，该止回阀选择性地打开并且放置成尽可能地 靠近航空器的向舱外排水口。由收集层收集的液体被重力性地引导到排水管上端。当止回 阀上游的流体压位差由于航空器的操作条件超过排水口的流体压力时，止回阀构造成向流 体打开使得流体从管中排出到排水口之外。该排水系统因此与所述止回阀无关。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供排水杆，在不使用任何压力控制激活装置和不对航空器的空 气动力行为造成重大扰乱的情况下，当舱室中的压力比外界压力低时也当舱室中的压力比 外界压力高时，排水杆能够有效地将容纳在舱室内的液体排出到航空器之外。
[0007] 为了满足该目的，本发明的排水杆具有如下的特征：
[0008] _所述排水杆构造有截面面积从所述舱室的入口区域向其出口区域减小的横截 面，并且在气流方向上与所述舱室成锐角a。当所述舱室内部的压力在大气压力之下时，这 种结构有助于填满杆。
[0009] -所述排水杆的入口和出口区域具有两个长度不同的垂直的对称轴，所述入口区 域设置有基本与所述气流方向平行的较长对称轴，所述排水杆具有相对于基本垂直于机身 表面或机身包络面且经过所述入口区域的较长对称轴的平面对称的构造。该构造使得排水 杆的阻力最小。
[0010] -所述出口区域的较短轴和较长轴之间的比值在〇. 2至0. 6之间。该特征对于具 有可操作地被填满的排水杆而言是必要的。
[0011] 在一个实施例中，所述出口区域设置在与所述入口区域的平面成60°至 120° (优选地，70°至85° )之间的角度0的平面内。所述出口区域的较长轴平行于所 述入口区域的平面，并且所述出口区域在所述平面上的投影垂直于所述入口区域（15)的 较长轴（21)。该特征有助于排水杆填满，因为在此位置具有出口区域气流主动地有助于排 水杆的填满。
[0012] 本发明的另一重要特征是在出口区域面积和入口区域面积之间设置有比值，该比 值可优化流体排出。该比值是如下的比值，当所述排水杆被填满时，该比值使得排出所述舱 室中的预定体积的流体而所需的流量Qrai的值与由所述排水杆所排出的流量Qprtll的值相匹 配。
[0013] 参考附图，从本发明的以下详细说明和所附权利要求中，本发明的其他期望特征 和优点将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是航空器的APU舱室的已知排水系统的示意侧视图。
[0015] 图2是本发明的排水杆的示意立体图。
[0016] 图3是沿着图2的排水杆的对称面的剖视图。
[0017] 图4是示出根据排水杆的出口截面面积和入口截面面积之比R为函数的流量Qprtll和QM(j的变动的不意图。
【具体实施方式】
[0018] 图1示出了航空器的舱室11的集聚有液体的排水杆13,该排水杆13具有连接到 舱室11的底部区域的入口区域15和用于将所述液体排出到大气中的出口区域17。
[0019] 如图1所示，排水杆13在气流方向（箭头F)上相对于舱室11通常设置有锐角 a 〇
[0020] 排水杆13的长度L和相对于入口区域15的平面的倾斜角度a根据如下的公式 来控制舱室11中的液体的有效高度Hrff :
[0021 ] P g Heff = P g (H0+Lsin ( a )) = Pout-Pin
[0022] 其中，
[0023] P :室温环境下的液体密度；
[0024] g :重力加速度；
[0025] Heff :从排水杆13的出口区域17开始测量的舱室11中的液体高度；
[0026] Ptjut :舱室11外界的压力
[0027] Pin :舱室11内部的压力。
[0028] 另一方面，Htl是从排水杆13的入口区域15开始测量的舱室11中的液体高度。
[0029] 如在本发明的【背景技术】中已经说明的那样，如果Pil^Prat可能造成如图1所示的情 况，其中，杆13没有被完全填满，因为Htl不足以补偿Pin和Prat之间的压差。
[0030] 当内部压力Pin比外部压力Ptjut小时，为了有效地排空舱室11，本发明提出使得排 水杆的截面面积从入口区域15朝向出口区域17减小，该构造符合一定的几何条件。
[0031] 排水杆13的截面面积的渐进式减小可促进其填装，因为被特定的中部区域的上 游的支撑流量比该区域所能够容纳的流量大，促进了所述中部区域的上游的液体的集聚， 并且因此促进了排水杆13的填满。因此，防止空气进入到舱室11中，由飞溅到舱室11内 的液体形成的问题被解决。当H6ff足够大以足以补偿Pin和Prat之间的压差时，排水杆13被 完全填满。
[0032] 在如图2和3所示的实施例中，入口区域15具有带有对称轴21、23(轴21比轴 23长）的椭圆形状，出口区域17具有带有对称轴25、27的圆顶端矩形形状（轴25比轴27 长），入口区域15和出口区域17之间的中间区域构造成使得排水杆13的外表面尽量光滑。
[0033] 出口区域17的较短对称轴27和较长对称轴25之间的比值在0. 2至0. 6之间。 发明人已经发现具有在上述比值范围内构造的出口区域17的排水杆13提供良好的填满 结果。所述比值适用于出口区域17的任何几何形状，特别适合于椭圆、卵形和圆顶端矩形 (dome-ended rectangular)形状。排水杆13关于平面A-A对称，该平面基本上垂直于机身 表面且经过入口区域15的较长对称轴21，并且出口区域17被放置在与入口区域15的平面 成60°至120° (优选地，75°至85°之间的）之间的角度P的平面中。
[0034] 本发明的一个重要方面是出口区域17的面积和入口区域15的面积之间的比值R。
[0035] 由如下的公式来给出被排水杆13的出口区域17所排空的给定量的液体所必需的 流量Qreq :
[0036]
【权利要求】
1. 一种排水杆（13)，即使当舱室（11)中的压力比大气压力低时所述排水杆也能够通 过重力将流体从航空器的一个舱室（11)排出到大气中，其中所述排水杆（13)在气流方向 上与所述舱室（11)成锐角a，并且构造有截面面积从所述舱室（11)的底部区域中的入口 区域（15)向其出口区域（17)减小的横截面，其特征在于， -所述入口区域和出口区域（15、17)具有两个长度不同的垂直的对称轴（21、23、25、 27)； -所述入口区域（15)设置有基本与所述气流方向平行的较长对称轴（21); -所述排水杆（13)具有相对于基本垂直于机身表面或机身包络面且经过所述入口区 域（15)的较长对称轴（21)的平面对称的构造； -所述出口区域（17)的较短轴（27)和较长轴（25)之间的比值在0. 2至0. 6之间。
2. 如权利要求1所述的排水杆（13)，其特征在于，所述出口区域（17)设置在与所述入 口区域（15)的平面成60°至120°之间的角度P的平面内，所述出口区域（17)的较长轴 (25)平行于所述入口区域（15)的平面，并且所述出口区域（17)在所述平面上的投影垂直 于所述入口区域（15)的较长轴（21)。
3. 如权利要求2所述的排水杆（13)，其特征在于，所述角度P在70°至85°之间。
4. 如权利要求1至3中的任一项所述的排水杆（13)，其特征在于，所述入口区域（15) 具有椭圆形状，所述出口区域（17)具有椭圆、卵形或圆顶端矩形形状。
5. 如权利要求1至4中的任一项所述的排水杆（13)，其特征在于，所述出口区域（17) 的面积和所述入口区域（15)的面积具有使得所述出口区域（17)和所述入口区域（15)的 面积之间的比值R是如下的比值的值，当所述排水杆（13)被填满时，排出所述舱室（11)中 的预定体积的流体所需的流量Qreq的值与由所述排水杆（13)所排出的流量Qprim的值相 匹配。
6. -种包括如权利要求1至5中的任一项所述的排水杆（13)的航空器。
【文档编号】B64C1/14GK104326091SQ201410347117
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】卡洛斯·卡萨多蒙泰罗, 乔斯·安吉拉·埃尔纳尼兹曼里克, 乔斯·戈兰娜奥特罗, 伊格纳西奥·埃斯特班·帕罗费边, 米格尔·安吉拉·加莱戈洛伦佐 申请人:空中客车西班牙运营有限责任公司