专利名称：抗荷系统和附件的汽化除水方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及抗荷系统和附件的汽化除水方法和装置，属于航空个体防护救生技术领域。
背景技术：
抗荷系统一般由气源、空气导管、抗荷服、及位于气源和抗荷服之间与空气导管连接的附件(例如抗荷调压器、过滤器等)组成。气源一般是发动机压气机引来的经过净化的压缩空气，或者其它洁净气源。
飞机作机动飞行时会产生正向加速度。有加速度存在，人体便会受到与加速度方向相反的惯性力作用。作用于人体的总质量与人的体重之比称为过载。正加速度作用产生的过载使心脏产生下移趋势，能引起各种生理机能障碍，特别是脑部供血、视力及在心血管系统上的机能障碍。
抗荷系统能按飞机正加速度大小变化，通过抗荷调压器自动调节供给抗荷服的气体压力，使抗荷服施加到人体表面的压力也随过载值而变化，以帮助人体对抗因正加速度而引起的各种生理机能障碍，有效地提高飞行员对正向过载的耐力，充分发挥飞行员效能，保证飞行安全。
气源空气从气源到抗荷调压器的途中，由于其温度的降低，空气中的部分水蒸汽凝结成水。如不及时除去，凝结水会进入抗荷调压器，引起抗荷调压器活塞运动阻力显著增加，严重影响抗荷调压器的调节性能，是引发抗荷系统故障的主要原因之一。如何有效地除去抗荷系统和附件中的水是一个有待解决的问题。如果采用水管把水引往别处或者飞机舱外，由于机舱空间等因素限制，常常难以实施。如果直接向机舱喷水，会造成周围物体表面着水。
发明内容
本发明的目的是有效除去抗荷系统和附件中的凝结水，使其不能进入抗荷调压器进气腔，或者不能在抗荷调压器进气腔中聚积，从而消除或显著减少凝水造成的活塞运动阻力，显著提高抗荷调压器的调节性能和工作可靠性，降低其事故发生率。本发明的试验表明，进气腔中有水时，活塞运动阻力可以增加一倍左右。
本发明提出抗荷系统和附件的一种除水方法，即汽化除水方法。它利用汽化除水装置，利用加热的方法，除去抗荷系统或附件中的水。汽化除水装置是任何一种能把水汽化成水蒸汽后，排出到外部环境中去的装置。
汽化除水装置可以安装在气源与抗荷调压器之间的空气导管上，可以安装在抗荷调压器上，也可以安装在抗荷系统的其它附件上。其它附件指的是除抗荷调压器以外的所有附件，例如过滤器等。当安装在抗荷调压器等附件上时，它可以在这些附件出厂前，与之组装，构成具有汽化除水功能的新附件。
上述的抗荷系统和附件的汽化除水方法，还可以包括这一过程利用流动控制器控制除水通道的开通与关闭，流动控制器的进口与抗荷系统或附件连接，流动控制器的出口与汽化除水装置连接。流动控制器以自己进口的水作为控制信号，进口处有水时除水通道开通，否则除水通道关闭。流动控制器的作用是在无水来自抗荷系统或附件时，关闭除水通道，防止空气泄漏。由于一般情况下通过喷嘴的流量很小，即通过除水装置的空气泄漏量很小，所以此功能是选择项。
第一种实现上述抗荷系统和附件的汽化除水方法的装置(下面称为第一种型式的汽化除水装置)，包括接口和喷嘴，其特征在于该装置还具有与接口和喷嘴都相通的缓冲腔以及置于缓冲腔内的受控的电热元件。来自抗荷系统或附件的水从接口进入缓冲腔，在缓冲腔内被电热元件加热汽化成水蒸汽。水蒸汽在缓冲腔与环境之间的压差作用下，从喷嘴排出到环境。电热元件电路的接通与断开由电热元件控制器根据需要自动控制。
本发明中汽化除水装置包括的接口指的是汽化除水装置中具有连接它体(如抗荷系统、抗荷系统附件、流动控制器等)功能的部件，它的基本特征是具有流通孔，来自它体的流体通过该流通孔进入缓冲腔或导流管。
第一种型式的汽化除水装置的一种有利变异(下面称为第二种型式的汽化除水装置)，其特征在于它还有连接接口的、出口与缓冲腔相通的导流管。来自抗荷系统或附件的水从接口进入导流管，从导流管进入缓冲腔，在缓冲腔内被电热元件加热汽化成水蒸汽。水蒸汽在缓冲腔与环境之间的压差作用下，从喷嘴排出到环境。导流管有两个基本作用，一是把来自抗荷系统或附件的流体送到缓冲腔的较低位置，减少来自抗荷系统或附件的空气与缓冲腔内的水蒸汽混合的机会，有利于水蒸汽从缓冲腔排除；二是消耗来自抗荷系统或附件流体的一部分压头，降低缓冲腔内的压力，从而降低水的沸点，并减少缓冲腔无水时空气通过喷嘴的泄漏。
第一种型式的汽化除水装置的另一种有利变异(下面称为第三种型式的汽化除水装置)，其特征在于在电热元件上还罩有集汽器，集汽器的进口与缓冲腔相通，出口与喷嘴连接。来自抗荷系统或附件的水从接口进入缓冲腔，继而到集汽器的进口，被电热元件加热汽化成水蒸汽。由于集汽器的进口罩着电热元件，水蒸汽在烟囱效应的作用下只能沿着集汽器到喷嘴，在喷嘴内外压力差的作用下，从喷嘴排出到环境。这样做的第一个优点是基本避免了水蒸汽在达到喷嘴的沿途与缓冲腔内空气的混合，有利于水蒸汽的排除，另一个优点是增强了对水蒸汽的隔热，减少了水蒸汽遇冷凝结的可能。为了防止电热元件启动初期阶段水蒸汽不足可能造成的水被迫从喷嘴喷出，可以在集汽器的上部开一个小孔。这样，当水蒸汽不足时，缓冲腔内的空气进入集汽器，平衡集汽器出口与缓冲腔的压力，使集汽器内的水位不会显著高于缓冲腔内的水位。集汽器易用绝缘、隔热的非金属材料。
第二种型式的汽化除水装置的一种有利变异(下面称为第四种型式的汽化除水装置)，其特征在于在电热元件上还罩有集汽器，集汽器的进口与缓冲腔相通，出口与喷嘴连接。来自抗荷系统或附件的水从接口进入导流管，从导流管进入缓冲腔，继而到集汽器的进口，被电热元件加热汽化成水蒸汽。由于集汽器的进口罩着电热元件，水蒸汽在烟囱效应的作用下只能沿着集汽器到喷嘴，在喷嘴内外压差作用下，从喷嘴排出到环境。导流管的主要作用是消耗来自抗荷系统或附件流体的一部分压头，降低缓冲腔内的压力，从而降低水的沸点，并减少缓冲腔无水时空气通过喷嘴的泄漏。增加集汽器的优点首先是基本避免了水蒸汽在达到喷嘴的沿途与缓冲腔内空气的混合，有利于水蒸汽的排除，其次是增强了对水蒸汽的隔热，减少了水蒸汽遇冷凝结的可能。为了防止电热元件启动初期阶段水蒸汽不足可能造成的水被迫从喷嘴喷出，可以在集汽器的上部开一个小孔。这样，当水蒸汽不足时，缓冲腔内的空气进入集汽器，平衡集汽器出口与缓冲腔的压力，使集汽器内的水位不会显著高于缓冲腔内的水位。集汽器易用绝缘、隔热的非金属材料。
上述四种型式的汽化除水装置，喷嘴可以是多种型式，例如特制的喷嘴与缓冲腔壳体连接。如果直接在缓冲腔壳体上开设小孔作为喷嘴，则结构简单，容易实现。以喷嘴在缓冲腔壳体上部为宜，这样可以使缓冲腔能容纳尽量多的水，减少喷嘴被水淹没的可能。缓冲腔壳体指的是围成缓冲腔的所有壁面。
上述四种型式的汽化除水装置，用绝缘且隔热效果好的非金属材料作为缓冲腔壳体材料，能够起到绝缘、隔热双重作用，即安全，又保温节能。
上述四种型式的汽化除水装置，电热元件的控制信号可以是缓冲腔内的水位，当缓冲腔内的水位达到设定值时，电热元件通电加热，否则加热电路断开；电热元件的控制信号也可以是温度，例如电热元件自身的温度。用缓冲腔内的水位作为控制信号，设定最低水位，而不是一有水就加热，可以保证安全，延长电热元件工作寿命。
上述四种型式中任一型式的汽化除水装置，用空气加热元件替代电热元件，即构成一种新的汽化除水装置。所述的空气加热元件是能够利用热空气(例如飞机发动机引气)进行加热的元件。对第一至第四种型式的汽化除水装置在喷嘴和缓冲腔壳体方面的限定技术特征，也适用于该以空气加热元件替代电热元件构成的汽化除水装置，即喷嘴可以是多种型式，以直接在缓冲腔壳体上开设小孔作为喷嘴，结构简单，容易实现；喷嘴应在缓冲腔壳体上部；缓冲腔壳体宜用绝缘且隔热效果好的非金属材料。
如果设置流动控制器，可以在无水来自抗荷系统或附件时，关闭抗荷系统或附件与汽化除水装置的通路，防止空气泄漏。流动控制器以其进口的水作为控制信号，进口处有水时除水通道开通，或者除水通道关闭。
流动控制器可以是电动式、气动式、电子式，其中常闭式电磁阀是一种简单方便的型式。
汽化除水装置中内的压力来自抗荷系统或附件，比机舱环境压力大很多，在内外压差作用下，汽化的水蒸汽通过汽化除水装置的喷口排出到环境。由于排出的是水蒸汽，因此不会造成周围物体表面着水。这种方法能有效除去抗荷系统中的水，又避免了用长管把水引往别处或者飞机舱外造成实施困难，或者直接向环境喷水造成环境周围物体表面着水。
图1为汽化除水装置安装在抗荷调压器进口的空气导管上。
图2为汽化除水装置安装在抗荷调压器上。
图3为第一种型式的汽化除水装置的一种方案。
图4为第四种型式的汽化除水装置的一种方案。
图中标号名称1.接口，2.喷嘴，3.缓冲腔，4.电热元件，5.导流管，6.集汽器，7.空气加热元件，8.气源，9.空气导管，10.其它附件，11.汽化除水装置，12.抗荷调压器，13.抗荷服。
具体实施例方式
本发明的抗荷系统和附件的汽化除水方法，可使用任何一种使水汽化排除的汽化除水装置。本发明给出了八种型式的汽化除水装置。第一至第四种型式的汽化除水装置利用电热元件，其余四种是第一至第四任一种型式的汽化除水装置，用空气加热元件替代电热元件而成。电热元件一般用电阻发热。利用电热元件的汽化除水装置体积小，重量轻，实施方便，是优选型式。空气加热元件的热空气一般可用发动机引气，这样不需要电源，但体积和重量较大，因为需要空气管路构成加热空气路经，实施比较复杂。
汽化除水装置可以安装在气源与抗荷调压器之间的空气导管上，可以安装在抗荷调压器上，也可以安装在抗荷系统的其它附件上。其它附件指的是除抗荷调压器以外的所有附件，例如过滤器等。当汽化除水装置安装在抗荷调压器等附件上时，它可以在这些附件出厂前与之组装，构成具有汽化除水功能的新附件。
无论汽化除水装置安装在上述的那一种位置，所在的抗荷系统或附件的壁都要开设贯穿内外的小孔，用于水从抗荷系统或附件进入汽化除水装置。要有与汽化除水装置接口配套的连接设施，用于汽化除水装置的安装。以可拆卸安装方式为好，例如螺纹连接、螺钉连接、法兰连接等。汽化除水装置安装后应牢固、密封、底部朝下。
上述安装位置要有利于抗荷系统或附件内水的排除。当汽化除水装置安装在空气导管上时，接口应位于水平位置较低的导管的下侧，而且离抗荷调压器的距离要尽量短。较低位置的接口有利于抗荷系统中水的排除。离抗荷调压器越近，越能防止水进入抗荷调压器。因此，当汽化除水装置安装在空气导管上时，虽然位置的选择具有灵活性，应优先考虑安装在抗荷调压器进口导管上。
图1是汽化除水装置安装在空气导管上的一种优选方案。结合图1所示，抗荷系统包括气源8、空气导管9、其它附件10、抗荷调压器12、及抗荷服13。其它附件10代表除抗荷调压器以外的所有附件，例如过滤器等，显然，两个其它附件之间的连接导管在图中被省略。空气导管9即指一段导管，例如图3所示的接通其它附件10与抗荷调压器12的导管，也是抗荷系统中所有导管的总称。气源8、其它附件10、抗荷调压器12、抗荷服13由空气导管9连成通路。汽化除水装置11安装在抗荷调压器12进口的空气导管9的较低位置上，这时一种较优的位置选择。气源空气从气源8出发到达抗荷调压器12，其间经过空气导管9和其它附件10。当无过载或过载小于设定值时，抗荷调压器12的活塞关闭空气通道，空气不能通过抗荷调压器12。当过载大于设定值时，抗荷调压器12的活塞打开空气通道，空气通过抗荷调压器12及其下游的空气导管9进入抗荷服13。
当汽化除水装置安装在抗荷调压器等附件上时，它可以在这些附件出厂前与之组装，构成具有汽化除水功能的新附件。结合图2所示，汽化除水装置11安装在抗荷调压器12上。这种情况下，汽化除水装置11可以与抗荷调压器12在出厂前组装，构成具有汽化除水功能的新的抗荷调压器。
本发明所述汽化除水装置的接口，是汽化除水装置中具有连接它体(如抗荷系统、抗荷系统附件、流动控制器等)功能的部件，它的基本特征是具有流通孔，来自它体的流体通过该流通孔进入流道。接口与缓冲腔壳体可能是可分的，即分开加工的两个部件，加工后装配为一体，也有可能是不可分的一个整体。接口与抗荷系统或附件的连接，可以是螺纹连接形式，也可以是其它连接形式，例如螺钉连接、法兰连接、焊接等，但以可拆卸连接形式为宜。图3和图4所示的接口1是一种垂直安装、螺纹连接的情况。当需要接口水平安装或采用其它连接方式时，则应根据具体情况采用其它合适的形式。
直接在缓冲腔壳体上开设小孔作为喷嘴，结构简单，容易实现。缓冲腔壳体指的是围成缓冲腔的所有壁面，例如图3和图4中，缓冲腔壳体也包括接口1的壁面。喷嘴的位置具有选择上的灵活性，但在缓冲腔壳体的上部(包括顶部)，可以使缓冲腔能容纳尽量多的水，减少喷嘴被水淹没的可能。如果喷嘴被水淹没，喷嘴喷出的将全部是水。这时，虽然设计优良的喷嘴具有雾化效果，但喷出的细水雾全部变为蒸汽需要较长路程，座舱空间一般不够，因此会造成周围物体表面着水。小孔的进口还可以有适当收缩角，出口还可以有适当的扩散角，呈喇叭状，便于流体的进入和喷出后迅速扩散。
缓冲腔可以是圆桶形，也可以采用其它形状。圆桶形是一种比较容易实现的较好型式。
第一至第四种型式的汽化除水装置中，第一种包含了必不可少的技术特征，第二种增加了导流管的技术特征，第二种增加了集汽器的技术特征，第四种同时增加了导流管和集汽器这两个技术特征；第四种型式的汽化除水装置具有其余三种型式的汽化除水装置的所有技术特征，也是其中的优选型式。第一至第四任一种型式的汽化除水装置中，用空气加热元件替代电热元件，即构成一种新的汽化除水装置。下面重点说明第一种和第四种汽化除水装置的优选实施例，从中容易得出上述其它汽化除水装置的优选实施方案。
第一种型式的汽化除水装置的一种优选实施例如图3所示，它由接口1、喷嘴2、缓冲腔3和电热元件4组成，接口1通缓冲腔3，喷嘴2连通缓冲腔3与环境，电热元件4置于缓冲腔3内。来自抗荷系统或附件的水从接口1进入缓冲腔3，在缓冲腔3内被电热元件4加热汽化成水蒸汽。喷嘴2连通缓冲腔3与环境，在喷嘴2内外压力差的作用下，水蒸汽从喷嘴2排出到环境。喷嘴2在缓冲腔壳体上侧部，是缓冲腔壳体上的一个小孔，其进口收缩，出口扩散；图中所示的是蒸汽侧向喷出时喷嘴2的位置，也可以如图4所示那样，把喷嘴2设置在缓冲腔壳体的顶部，这时蒸汽向上喷出。电热元件4靠近缓冲腔3的底，但不与缓冲腔3的底接触；靠近缓冲腔3的底，是使平时留在缓冲腔3内的水尽量少；不与缓冲腔3的底接触，是避免缓冲腔3的底被高温烧灼。缓冲腔3为圆桶型。缓冲腔壳体宜用绝缘且隔热效果好的非金属材料。电热元件4的控制信号宜用缓冲腔3内的水位，当缓冲腔3内的水位达到设定值时，电热元件4通电加热，否则加热电路断开。设定最低水位，而不是一有水就加热，可以保证安全，延长电热元件工作寿命。图示接口1是一种垂直安装、螺纹连接的情况。当需要接口水平安装或采用其它连接方式时，则应根据具体情况采用其它合适的形式。
第四种型式的汽化除水装置的一种优选实施例如图4所示，它由接口1、喷嘴2、缓冲腔3、电热元件4、导流管5、及集汽器6组成；导流管5进口与接口1连接，出口与缓冲腔3相通；喷嘴2连通缓冲腔3与环境；电热元件4置于缓冲腔3内；集汽器6的进口与缓冲腔3相通并罩着电热元件4；喷嘴2连通集汽器6的出口与环境。来自抗荷系统或附件的水从接口1进入导流管5，从导流管5进入缓冲腔3，继而到集汽器6的进口，被电热元件4加热汽化成水蒸汽。由于集汽器6的进口罩着电热元件4，水蒸汽在烟囱效应的作用下只能沿着集汽器6到喷嘴2，在喷嘴2内外压力差的作用下，从喷嘴2排出到环境。集汽器6的上部开了一个小孔，当电热元件4启动初期阶段水蒸汽不足时，缓冲腔内的空气进入集汽器6，平衡集汽器6出口与缓冲腔3的压力，防止可能出现的水被迫从喷嘴2喷出的现象。导流管5是直管，其出口接近缓冲腔3的底，但留有足够的距离便于其内的流体进入缓冲腔3。导流管5可以不是直管，但直管简单且能满足需要。导流管5接近缓冲腔3的底，避免空气与水蒸汽混合的效果更好。集汽器6易用绝缘、隔热的非金属材料。集汽器6进口段直径大些，这样既能罩住电热元件4且使电热元件4的发热部分不与集汽器6接触，又能使蒸汽流道直径较小。集汽器6自由坐落在缓冲腔3的底；集汽器6进口段直径的大小以能罩住电热元件4而又不与之接触为宜；电热元件4接线一侧的集汽器6进口段开一个小门，以便集汽器6罩着电热元件4时不压着电热元件4的接线，所以小门的宽以能放进该接线、高以不压着该接线为宜。当集汽器6自由坐落在缓冲腔3的底时，水从小门进入集汽器6。喷嘴2在缓冲腔壳体顶部，是缓冲腔壳体上的一个小孔，其进口收缩，出口扩散；图中所示的是蒸汽向上喷出时喷嘴2的位置，也可以把喷嘴2设置在缓冲腔壳体的上侧部，如图3所示，这时蒸汽侧向喷出。电热元件4靠近缓冲腔3的底，但未与缓冲腔3的底接触。缓冲腔3为圆桶型。缓冲腔壳体宜用绝缘且隔热效果好的非金属材料。电热元件4的控制信号宜用缓冲腔3内的水位，当缓冲腔3内的水位达到设定值时，电热元件4通电加热，否则加热电路断开。图示接口1是一种垂直安装、螺纹连接的情况。当需要接口水平安装或采用其它连接方式时，则应根据具体情况采用其它合适的形式。
汽化除水装置的工作压力应不低于其上游设备的工作压力，工作温度应不低于180℃。
抗荷系统或附件与汽化除水装置之间可以设置流动控制器。流动控制器的进口接抗荷系统或附件，出口接汽化除水装置。以可拆卸连接为好。流动控制器的一种优选方法是用自己进口的水作为控制信号，进口处有水时除水通道开通，或者除水通道关闭。流动控制器的一种简单方便的型式是电磁阀。
权利要求
1.抗荷系统和附件的汽化除水方法，其特征在于，采用汽化除水装置，利用加热的方法，把来自抗荷系统或附件的水汽化后除去。
2.根据权利要求1所述的抗荷系统和附件的汽化除水方法，其特征在于汽化除水装置(11)可以安装在气源与抗荷调压器(12)之间的空气导管(9)上，可以安装在抗荷调压器(12)上，也可以安装在其它附件(10)上。
3.根据权利要求1所述的抗荷系统和附件的汽化除水方法，其特征在于汽化除水装置(11)可以与抗荷调压器(12)或其它附件(10)在出厂前组装，构成具有汽化除水功能的新附件。
4.根据权利要求1至3任一所述的抗荷系统和附件的汽化除水方法，其特征在于通过流动控制器控制除水通道的开通与关闭，流动控制器的进口与抗荷系统或附件连接，流动控制器的出口与汽化除水装置连接，流动控制器以自己进口的水作为控制信号，进口处有水时除水通道开通，否则除水通道关闭。
5.一种实现权利要求1至3任一所述的抗荷系统和附件的汽化除水方法的装置，包括接口(1)和喷嘴(2)，其特征在于该装置还具有与接口(1)和喷嘴(2)都相通的缓冲腔(3)以及置于缓冲腔(3)内的受控的电热元件(4)。
6.根据权利要求5所述的抗荷系统和附件的汽化除水装置，其特征在于它还有进口与接口(1)连接、出口与缓冲腔(3)相通的导流管(5)。
7.根据权利要求5所述的抗荷系统和附件的汽化除水装置，其特征在于在电热元件(4)上还罩有集汽器(6)，集汽器(6)的进口与缓冲腔(3)相通，出口与喷嘴(2)连接。
8.根据权利要求6所述的抗荷系统和附件的汽化除水装置，其特征在于在电热元件(4)上还罩有集汽器(6)，集汽器(6)的进口与缓冲腔(3)相通，出口与喷嘴(2)连接。
9.根据权利要求5至8任一所述的抗荷系统和附件的汽化除水装置，其特征在于喷嘴(2)是缓冲腔(3)壳体上的小孔。
10.根据权利要求5至8任一所述的抗荷系统和附件的汽化除水装置，其特征在于缓冲腔(3)的壳体材料是绝缘隔热的非金属材料。
11.根据权利要求5至8任一所述的抗荷系统和附件的汽化除水装置，其特征在于该装置还包括一个进口与抗荷系统或附件连接，出口与汽化除水装置连接，且利用其进口的水位和缓冲腔(3)中的水位作为控制信号的流动控制器。
12.根据权利要求5至8任一所述的抗荷系统和附件的汽化除水装置，其特征在于用空气加热元件(7)替代电热元件(4)。
全文摘要
本发明涉及一种抗荷系统和附件的汽化除水方法和装置，属于航空个体防护救生技术领域。所述抗荷系统和附件的汽化除水方法的特征是在抗荷系统或附件中安装汽化除水装置，利用加热方式，除去抗荷系统或附件中的水。所述的装置，包括接口(1)和喷嘴(2)，其特征在于该装置还具有与接口(1)和喷嘴(2)都相通的缓冲腔(3)以及置于缓冲腔(3)内的受控的电热元件(4)。由于排出的是水蒸汽，不会造成环境周围物体表面着水。这种方法能有效除去抗荷系统中的水，又避免了用长管把水引往别处或者飞机舱外造成实施困难，或者直接向机舱环境喷水造成周围物体表面着水。
文档编号B64D10/00GK101037141SQ200710021658
公开日2007年9月19日 申请日期2007年4月20日 优先权日2007年4月20日
发明者方贤德 申请人:南京航空航天大学