飞机涡轮制冷控制系统和方法与流程

本发明涉及飞行器的涡轮制冷领域，尤其涉及飞机涡轮制冷控制系统及控制方法。

背景技术：

1、飞机空调系统(即，飞机涡轮制冷系统)主要用于维持不同飞行状态下密闭舱内稳定的空气环境，确保乘客、飞行员的安全性、舒适性，并确保电子设备正常工作。飞机空调系统的运行稳定性是现代民用飞机综合性能评价以及航空公司质量评价的重要指标。飞机空调系统复杂，涉及部件多，任一部件的非正常工作，都可能引起系统故障，对飞行员及乘客造成极大的伤害，甚至引起灾难性后果。

2、飞机空调系统在地面及低空运行时，尤其对于高温高湿工况，空气的含湿量非常高，空气膨胀降温后会析出水分，而涡轮的出口温度通常低于0℃，析出的水极易在涡轮出口结冰，使内部发生冰堵现象。

3、现有技术中，冰堵现象的判定是通过监测涡轮出口与座舱压差，压差大于设定值，且超过一定时间，认为发生冰堵，即当涡轮出口结冰达到一定程度后，冰堵现象才会被识别。发生冰堵后，控制器通过调节冲压空气风门和温度控制活门，提高系统出口温度，以消除冰堵现象。然而在涡轮出口结冰的过程中，由于涡轮出口压力增大，性能降低，供气量减小，供气温度升高，导致座舱温度受影响，甚至无法降低至目标值。即，目前采用的“补救”措施无法消除涡轮出口结冰过程对座舱温度控制的影响。同时，飞机涡轮制冷系统中的换热器通道结构为毫米级，飞机长期运行后，空气中的灰尘、颗粒等在通道中沉积，导致通道阻力增大，甚至引起脏堵。针对冰堵与脏堵运行状况，目前系统的控制逻辑，无法明确识别区分，可能会导致控制系统误判，发出错误指令，危及飞行安全。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于，提供一种飞机涡轮制冷控制系统和方法，其能克服现有技术的不足，能自动预判冰堵现象，通过预防措施，大幅度降低发生冰堵的可能性。

2、本发明的以上目的通过一种飞机涡轮制冷控制系统来实现，所述飞机涡轮制冷控制系统包括出口压差传感器、进口质量流量传感器、冷凝器质量流量传感器、气水分离器质量流量传感器、以及控制器；

3、其中，所述出口压差传感器安装在飞机涡轮制冷系统的出口处，用于监测涡轮出口与座舱的压差；

4、所述进口质量流量传感器安装在所述飞机涡轮制冷系统的进口管路上，用于监测进入所述飞机涡轮制冷系统的空气质量流量；

5、所述冷凝器质量流量传感器安装在所述飞机涡轮制冷系统的冷凝器冷侧出口管路上，用于监测经冷凝器流出所述飞机涡轮制冷系统的空气质量流量；

6、所述气水分离器质量流量传感器安装在所述飞机涡轮制冷系统的气水分离器出口管路上，用于监测经气水分离器流出所述飞机涡轮制冷系统的质量流量；

7、所述控制器连通至所述出口压差传感器、所述进口质量流量传感器、所述冷凝器质量流量传感器、所述气水分离器质量流量传感器，所述控制器配置成：

8、当涡轮出口与座舱的压差大于第一压差设定值时，判断进口空气质量流量是否大于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和；

9、当进口空气质量流量大于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和时，判定涡轮出口结冰，实施融冰操作；

10、当进口空气质量流量等于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和时，判定换热器通道脏堵，发送换热器维护告警信息。

11、根据上述技术方案，本发明的飞机涡轮制冷控制系统能起到以下有益技术效果：能自动预判冰堵现象，通过预防措施，大幅度降低发生冰堵的可能性；能准确区分冰堵与脏堵现象，从而采取针对性的措施。

12、较佳的是，所述第一压差设定值为12～15kpa。

13、根据上述技术方案，本发明的飞机涡轮制冷控制系统能起到以下有益技术效果：通过适宜的第一压差设定值，能提前预判冰堵现象，更大幅度降低发生冰堵的可能性。

14、较佳的是，所述融冰操作包括：增大温度控制活门开度或减小冲压空气风门开度。

15、根据上述技术方案，本发明的飞机涡轮制冷控制系统能起到以下有益技术效果：通过适宜的融冰操作方式，能在预判到可能会发生冰堵现象的情况下，及时融解涡轮出口的少量结冰，大幅度降低发生冰堵的可能性。

16、较佳的是，所述控制器还配置成：当涡轮出口与座舱的压差大于第二压差设定值且小于所述第一压差设定值时，其中所述第二压差设定值低于所述第一压差设定值，也判断进口空气质量流量是否大于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和；

17、当进口空气质量流量大于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和时，发送涡轮出口结冰预警信息；

18、当进口空气质量流量等于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和时，发送换热器通道脏堵预警信息。

19、较佳的是，所述控制器还配置成：当涡轮出口与座舱的压差大于第三压差设定值一段持续时间之后，也发送换热器维护告警信息。

20、根据上述技术方案，本发明的飞机涡轮制冷控制系统能起到以下有益技术效果：能及时识别脏堵现象，并及时发送换热器维护告警信息。

21、较佳的是，所述飞机涡轮制冷系统包括压气机、膨胀机、初级换热器、主换热器、回热器、冷凝器、气水分离器；

22、飞机涡轮制冷流程包括：来自所述飞机涡轮制冷系统的进口的空气进入初级换热器热边，被冲压空气冷却后分为两路，一路依次进入压气机、主换热器热边、回热器热边、冷凝器热边、气水分离器、回热器冷边、膨胀机，随后与经温度控制活门的另一路空气汇合，经冷凝器冷侧排出所述飞机涡轮制冷系统。

23、根据上述技术方案，本发明的飞机涡轮制冷控制系统能起到以下有益技术效果：通过适宜的飞机涡轮制冷系统布置和飞机涡轮制冷流程设计，能更好地自动预判冰堵现象，大幅度降低发生冰堵的可能性。

24、本发明的以上目的还通过一种飞机涡轮制冷控制方法来实现，所述飞机涡轮制冷控制方法包括：

25、监测涡轮出口与座舱的压差，监测飞机涡轮制冷系统的进口空气质量流量，监测所述飞机涡轮制冷系统的冷凝器出口空气质量流量，监测所述飞机涡轮制冷系统的气水分离器出口质量流量；

26、当涡轮出口与座舱的压差大于第一压差设定值时，判断进口空气质量流量是否大于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和；

27、当进口空气质量流量大于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和时，判定涡轮出口结冰，实施融冰操作；

28、当进口空气质量流量等于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和时，判定换热器通道脏堵，发送换热器维护告警信息。

29、较佳的是，所述第一压差设定值为12～15kpa。

30、根据上述技术方案，本发明的飞机涡轮制冷控制方法能起到以下有益技术效果：通过适宜的第一压差设定值，能提前预判冰堵现象，更大幅度降低发生冰堵的可能性。

31、较佳的是，所述融冰操作包括：增大温度控制活门开度或减小冲压空气风门开度。

32、根据上述技术方案，本发明的飞机涡轮制冷控制方法能起到以下有益技术效果：通过适宜的融冰操作方式，能在预判到可能会发生冰堵现象的情况下，及时融解涡轮出口的少量结冰，大幅度降低发生冰堵的可能性。

33、较佳的是，当涡轮出口与座舱的压差大于第二压差设定值且小于所述第一压差设定值时，其中所述第二压差设定值低于所述第一压差设定值，也判断进口空气质量流量是否大于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和；

34、当进口空气质量流量大于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和时，发送涡轮出口结冰预警信息；

35、当进口空气质量流量等于冷凝器出口空气质量流量与气水分离器出口质量流量之和时，发送换热器通道脏堵预警信息。

36、较佳的是，当涡轮出口与座舱的压差大于第三压差设定值一段持续时间之后，也发送换热器维护告警信息。

37、根据上述技术方案，本发明的飞机涡轮制冷控制方法能起到以下有益技术效果：能及时识别脏堵现象，并及时发送换热器维护告警信息。

38、较佳的是，所述飞机涡轮制冷系统包括压气机、膨胀机、初级换热器、主换热器、回热器、冷凝器、气水分离器；

39、飞机涡轮制冷流程包括：来自所述飞机涡轮制冷系统的进口的空气进入初级换热器热边，被冲压空气冷却后分为两路，一路依次进入压气机、主换热器热边、回热器热边、冷凝器热边、气水分离器、回热器冷边、膨胀机，随后与经温度控制活门的另一路空气汇合，经冷凝器冷侧排出所述飞机涡轮制冷系统。

40、根据上述技术方案，本发明的飞机涡轮制冷控制方法能起到以下有益技术效果：通过适宜的飞机涡轮制冷系统布置和飞机涡轮制冷流程设计，能更好地自动预判冰堵现象，大幅度降低发生冰堵的可能性。