飞机环控系统制冷包的制作方法

本发明属于飞机环控系统，具体涉及一种制冷包结构，特别是一种高度集成升压式制冷包结构设计方案。

背景技术：

1、为了满足座舱内的压力、温度、湿度和通风换气等要求，需要采用飞机座舱空气调节和增压系统，而制冷系统是其中的重要组成部分，制冷系统可以保证座舱和设备舱的冷却，它的形式、组成和工作原理往往代表空调系统的特征。由座舱增压器或发动机压气机供出的增压空气具有很高的压力和温度，因此对座舱加温往往比较方便，而对高温高压空气进行冷却并保证座舱环境往往比较复杂。

2、制冷包是现在和未来飞机环控系统集成化、模块化设计的重要途径之一，将原来飞机上散装的各类散热器、涡轮等部件集成成一个制冷模块。在飞机总体设计时，只需在飞机上预留一定的安装空间安装该制冷模块，模块上对应的接口与飞机环控管路连接即可。这样可以简化飞机上的管路排布，最大化的减轻飞机的重量，并便于系统部件管理。

3、传统的制冷系统中各部件分散中飞机的各个角落，导致各部件之间的系统管路特别多并且复杂，不仅占用空间大，而且增加了自重和制造难度，后期可维护性也较差。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种飞机环控系统制冷包，将第二燃油空气散热器、回热器、冷凝器、高压水分离器等集成到一个混合散热器上，并利用混合散热器与第一燃油空气散热器之间的安装空间排布空气动压轴承涡轮冷却器，采用较少的连接管路和卡箍，有效的将第一燃油空气散热器和混合换热器连接起来，减少环控系统的管路和卡箍数量，实现在现有制冷系统的基础上至少减少重量20％以上的目标。

2、通过对现有制冷系统故障率统计，发现涡轮冷却器占比80％以上，因此，有必要将制冷包中的涡轮冷却器设计成为一个外场可更换单元，满足快卸拆装的需求，减轻外场排故工作量。

3、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

4、飞机环控系统制冷包，包括，

5、第一燃油空气散热器；

6、混合换热器，所述混合换热器主要由第二燃油空气散热器、回热器和冷凝器集成而成，其中回热器介于第二燃油空气散热器和冷凝器之间，且第二燃油空气散热器、回热器和冷凝器为共用一个散热器芯体的热边流道的一体化结构，第二燃油空气散热器的空气出口与回热器的进口连接，回热器的进口处安装有高压水分离器；

7、空气动压轴承涡轮冷却器，所述空气动压轴承涡轮冷却器包含涡轮和压气机，其中涡轮的进口与回热器的出口通过卡箍固定连接，压气机的进口与第一燃油空气散热器的空气出口通过卡箍固定连接；

8、系统管路，所述系统管路的一端通过卡箍与涡轮的出口固定连接，系统管路的另一端通过卡箍与冷凝器的进口固定连接。

9、作为一种选择，飞机环控系统制冷包还包括外防冰隔热罩，所述外防冰隔热罩包裹在系统管路外表面。

10、进一步，所述外防冰隔热罩包括氧化铝陶瓷内胆，氧化铝陶瓷内胆外表面为钢质的蒙皮，蒙皮铆接在氧化铝陶瓷内胆上。

11、进一步，所述蒙皮采用1cr18ni9ti钢带滚制成十字交叉波纹状，十字交叉通过储能点焊缝制。

12、作为一种选择，飞机环控系统制冷包还包括所述空气-空气换热器，所述空气-空气换热器的进口与空气动压轴承涡轮冷却器中的压气机出口连接，空气-空气换热器的出口与第二燃油空气散热器的空气进口连接。

13、进一步，所述高压水分离器安装在回热器的进口集气罩内。

14、进一步，所述高压水分离器包括：

15、水分离器外壳，所述水分离器外壳形成了回热器进口集气罩的外壳；

16、水分离器内壳，所述水分离器内壳位于水分离器外壳内；

17、静止叶轮，所述静止叶轮位于水分离器外壳中且置于水分离器内壳进口前端；

18、积水池，所述积水池连接在水分离器外壳上；

19、排水管，所述排水管的进口与积水池连通，排水管的出口与空气-空气换热器的冲压引气孔连通。需要指出的是，这里的空气-空气换热器不属于制冷包。

20、进一步，所述空气动压轴承涡轮冷却器通过螺钉连接在散热器芯体上。

21、进一步，所述散热器芯体为铝质板翅式结构，且散热器芯体包括：

22、侧板，两块所述侧板平行设置在散热器芯体的两个端面；

23、隔板，多块所述隔板平行间隔布置在两块所述侧板之间；

24、混合散热器热边翅片(即共用的热边翅片)和混合散热器冷边翅片，同一块隔板的两侧分别安装所述混合散热器热边翅片和混合散热器冷边翅片；

25、混合散热器热边封条和混合散热器冷边封条，所述混合散热器热边封条设置在混合散热器热边翅片的两个侧端，所述混合散热器冷边封条设置在混合散热器冷边翅片的两个侧端；

26、同一块隔板对应的混合散热器冷边翅片包括燃油空气散热器翅片、回热器翅片和冷凝热器翅片，且燃油空气散热器翅片和回热器翅片之间设置有燃油空气散热器冷边封条，回热器翅片和冷凝热器翅片之间设置有回热器封条。

27、进一步，所述第一燃油空气散热器和混合换热器按照两条直线垂直相交的方式布置，空气动压轴承涡轮冷却器置于两条垂直相交直线构成的直角区域内，且第一燃油空气散热器的出口轴线方向、压气机的进口轴线方向、涡轮的出口轴线方向、回热器的出口轴线方向和冷凝器的进口轴线方向平行，其中第一燃油空气散热器的出口轴线方向、压气机的进口轴线方向、涡轮的出口轴线方向同轴。

28、本发明的制冷包中，第一燃油空气换热器的出口与空气动压轴承涡轮冷却器的压气机进口采用卡箍相互连接。空气通过压气机升压后，出口通过飞机环控管路连接外部的空气—空气换热器，从该换热器出口再回到混合散热器的进口中，与机上燃油进行热交换。从混合散热器的出口出来的冷空气进入回热器的进口集气罩中的高压水分离器进行高压分水。冷空气进入回热器内部和流经混合散热器中的回热器部分的高温空气进行热交换，进行升温。从回热器出口进入空气动压轴承涡轮冷却器的涡轮的进口，推动涡轮叶片旋转做功，带动涡轮冷却器的压气机叶片旋转，对空气进行升压，从涡轮的出口出来的低温空气，通过系统管路进入冷凝器进行升温，最后从冷凝器出口进入飞机座舱。为防止涡轮出来的低温空气导致外界湿空气在系统管路外壁出现结冰现象，在系统管路外壁包裹外防冰隔热罩。

29、混合散热器是一种三芯体铝合金板翅式换热器结构，通过侧板、隔板、燃油空气散热器翅片、燃油空气散热器冷边封条、燃油空气散热器冷边翅片、混合散热器热边封条、回热器封条、回热器翅片、冷凝热器翅片、混合散热器热边翅片的合理组合，在一个散热器芯体上实现燃油与空气之间的换热、空气与空气之间的回热、空气与空气的冷凝功能。

30、本发明设计的飞机环控系统升压式制冷包中，混合散热器集成了第二燃油空气散热器、回热器和冷凝器。第二燃油空气散热器、回热器和冷凝器共用1个散热芯子，并在回热器进口集气罩中配备了高压水分离器，最大限度的减少了各散热器连接管路和卡箍，缩小了制冷包的安装空间，减轻了制冷包的系统重量。第一燃油空气散热器和混合散热器均采用铝合金板翅式换热器结构。

31、回热器进口集气罩部位设计有高压水分离器，利用高压水分离内部的静止叶轮对进入水分离器内的湿空气沿水分离器内壳)旋转，利用离心力将湿空气内的水分分离出来，沿着水分离器外壳进入积水池，通过排水管和飞机上的管路将水排入机上的空气—空气换热器参与换热。

32、空气动压轴承涡轮冷却器是本制冷包的核心部件，也是本制冷包相对故障率较高部件之一，通过卡箍、系统管路与第一燃油空气散热器、混合散热器进行有效连接。将之设计成一个外场可更换单元。外场可更换可维护。在涡轮冷却器的出口管路上，设计有外防冰隔热罩，防止管路外部因低温而造成的结冰现象发生。

33、本发明通过燃油空气散热器、混合散热器、空气动压轴承涡轮冷却器、系统管路、连接卡箍的有效连接，最大限度的减少了各散热器连接管路和卡箍，缩小了制冷包的安装空间，减轻了制冷包的系统重量，并将该制冷包中故障率较高的部件设计成一个外场可更换单元，减少了本制冷包的维护难度。

34、本发明采用出口和进口卡箍直连的方式，省去了管道连接，大幅降低了管道的使用量，从而降低了系统的自重。

35、与现有技术相比，本发明的飞机环控系统升压式制冷包包括第一燃油空气散热器、混合散热器、空气动压轴承涡轮冷却器，外防冰隔热罩，卡箍和系统管路。该制冷包利用混合散热器与第一燃油空气散热器之间的安装空间排布空气动压轴承涡轮冷却器，采用较少的连接管路和卡箍，有效的将第一燃油空气散热器和混合换热器连接起来，减少了环控系统的管路和卡箍数量，可在制冷包基础上减少重量至少20％。此外，通过对现有制冷包故障率统计，涡轮冷却器占比80％以上，而本发明的制冷包将涡轮冷却器设计成为一个外场可更换单元，只需松紧4个快卸卡箍、多颗安装螺钉，即可完成涡轮拆装，减轻了外场维护工作量。