飞机座舱温度控制系统和方法
【专利摘要】本发明涉及飞机座舱温度控制系统和方法。飞机座舱温度控制系统包括：座舱底部温度传感器；座舱侧壁温度传感器；外界环境温度传感器；底部温度调节装置，安装在座舱底部区域，用于调节座舱底部区域的温度；侧壁温度调节装置，安装在座舱侧壁区域，用于调节座舱侧壁区域的温度；以及控制器，用于根据测得的座舱底部区域温度、测得的座舱侧壁区域温度、测得的飞机外界环境温度、预设的座舱底部区域温度舒适度值和预设的座舱侧壁区域温度舒适度值，控制底部温度调节装置和侧壁温度调节装置所需散发或吸收的热量。本发明的飞机座舱温度控制系统和方法能起到以下有益技术效果：满足不同条件下、不同机组人员和乘客的热舒适性要求。
【专利说明】
飞机座舱温度控制系统和方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及飞机座舱温度控制系统和方法。
【背景技术】
[0002]由于商用飞机运营范围广，使用环境特殊，会遇到各种各样的极端天气，不同的乘客对客舱的舒适度要求也不同。
[0003]夏天，在部分地区，气温较高，湿度也较大。飞机在地面状态下，蒙皮温度有时会达到50 °C以上，在不开空调的条件下，飞机座舱内的空气温度也会达到40 °C以上。但飞机在巡航状态下，外界大气的温度又会逐步降低到-1o°c以下。
[0004]冬天，在一些寒冷地区，气候寒冷，气温低、湿度低。飞机在地面状态、极冷天气条件下，不开空调时，蒙皮和舱内温度会达到_40°C以下。飞行条件下，外界大气的温度会达至Ij-70°C以下。
[0005]由于飞机运营的高度变化大，同时，运营的地域跨度也很大，不同地域的气候、天气条件各异，导致短时间内舱内的热载荷会发生很大改变。座舱内外的温度条件，热舒适性条件也发生很大的改变。而人体温度基本保持在37 °C左右，乘客在不同环境条件下，由于身体条件、敏感程度、衣着等方面的不同，不同机组人员和乘客对座舱的温度舒适性要求也不同。人体的温度舒适度范围大都在20°C — 30°C的范围内。因此，商用飞机座舱空调系统的温度设计目标值大都在24°C_27°C之间，以便满足大多数机组人员和乘客的温度舒适度要求。
[0006]当外界温度环境不同是，人体对温度的敏感部位有很大的不同，如夏天，人身体的上半部分，对温度比较敏感，尤其是头部和脸部，当人头部和脸部感到凉爽时，就会感觉比较舒适;冬天，人身体下部对温度比较敏感，当人脚部和腿部感觉暖和时，人就会感觉比较舒适。
[0007]在飞机空调系统设计过程中，由于系统安装空间和重量的要求，目前的民用飞机空调系统大都采用座舱顶部送风，下部排风的方式。座舱内的空调空气由送风口经由座舱内部空间，排至排风口的过程中温度会逐渐发生变化。因此，当飞机热载荷较大，乘客周围空气温度比较高时，空调送风温度比较低时，机组人员和乘客的头部就会感觉到感觉比较舒适。但飞机热载荷较小或为负值时，乘客周围空气温度较低，空调送风温度较高，这时，布置在飞机顶部的送风口送出温度较高的空调空气，人体头部就会感觉空气温度较高，且空气较干燥，当空调空气流至人体脚步和腿部时，温度已经降低，因此，乘客的感觉就是头热脚凉，这样的温度场通常很难满足人体对周围环境的温度舒适性要求，这就是座舱内的温度分层现象。
[0008]客舱是人员密度非常高的区域，乘客对舱内空气流场的影响非常大，尤其是客舱下部和靠近飞机侧壁的区域，存在很多空气流通的死角区域，这些区域的温度场和热舒适性无法得到保证。如图1所示。
[0009]目前的商用飞机空调送风系统都很难同时满足人体就温度的冷热舒适度要求。
[0010]目前，绝大部分商用飞机采用的客舱主通风方式都是顶部(客舱天花板和行李架区域)送风方式，而且送风量和送风方向不能根据个人需要进行调节，也有部分技术人员在此基础上对送风方式进行了改进。
[0011]在专利200480039503.4中，提到了一种用于对飞机座舱进行空气调节的方法和装置，但该装置主要是根据天花板区域的送风温度来调节天花板区域送风方向和流速的装置，很难改善乘客下部的舒适性，只能改变人体上体的温度舒适性，效果非常有限，不能有效改善客舱从上到下的温度分层现象。也不能改善客舱底部和靠近侧壁区域的温度和热舒适性。
【发明内容】
[0012]本发明的一个目的在于，提供一种飞机座舱温度控制系统，其可以满足不同条件下、不同机组人员和乘客的热舒适性要求。
[0013]本发明的以上目的通过一种飞机座舱温度控制系统来实现，该飞机座舱温度控制系统包括:
[0014]座舱底部温度传感器，所述座舱底部温度传感器安装在座舱底部区域，用于感测座舱底部区域的温度；
[0015]座舱侧壁温度传感器，所述座舱侧壁温度传感器安装在座舱侧壁区域，用于感测座舱侧壁区域的温度；
[0016]外界环境温度传感器，所述外界环境温度传感器安装在飞机外部，用于感测飞机外界环境的温度；
[0017]底部温度调节装置，所述底部温度调节装置安装在座舱底部区域，用于调节座舱底部区域的温度；
[0018]侧壁温度调节装置，所述侧壁温度调节装置安装在座舱侧壁区域，用于调节座舱侧壁区域的温度；以及
[0019]控制器，所述控制器连接至所述座舱底部温度传感器、所述座舱侧壁温度传感器、所述外界环境温度传感器、所述底部温度调节装置和所述侧壁温度调节装置，用于根据所述座舱底部温度传感器测得的座舱底部区域温度、所述座舱侧壁温度传感器测得的座舱侧壁区域温度、所述外界环境温度传感器测得的飞机外界环境温度、预设的座舱底部区域温度舒适度值和预设的座舱侧壁区域温度舒适度值，控制所述底部温度调节装置和所述侧壁温度调节装置所需散发或吸收的热量。
[0020]根据上述技术方案，本发明的飞机座舱温度控制系统能起到以下有益技术效果:可以满足不同条件下、不同机组人员和乘客的热舒适性要求。
[0021]较佳的是，所述底部温度调节装置和所述侧壁温度调节装置均包括位于其中的供流管和回流管，所述底部温度调节装置和所述侧壁温度调节装置的散热量或吸热量通过调节所述供流管和所述回流管内输送的流体介质的温度进行调节。
[0022]较佳的是，本发明的飞机座舱温度控制系统还包括换热器，所述换热器连接至所述控制器、所述供流管和所述回流管，调节所述供流管和所述回流管内输送的流体介质的温度通过调节所述换热器上游的气体温度来实现。
[0023]较佳的是，本发明的飞机座舱温度控制系统还包括安装在所述供流管处的供流管流体温度传感器、安装在所述换热器上游的换热器上游气体温度传感器、以及安装在所述换热器上游的低温气体活门和高温气体活门，调节换热器上游的气体温度通过以下方式来实现:所述控制器根据所述供流管流体温度传感器测得的供流管内流体介质的温度、所述换热器上游气体温度传感器测得的换热器上游气体的温度和供流管内流体介质所需温度，控制所述低温气体活门和所述高温气体活门的开度。
[0024]较佳的是，本发明的飞机座舱温度控制系统还包括安装在所述换热器上游的混合旁路风扇，调节换热器上游的气体温度还通过以下方式来实现:所述控制器根据所述供流管流体温度传感器测得的供流管内流体介质的温度、所述换热器上游气体温度传感器测得的换热器上游气体的温度和供流管内流体介质所需温度，控制所述混合旁路风扇的转速。
[0025]本发明的以上目的还通过一种飞机座舱温度控制方法来实现，该飞机座舱温度控制方法包括:
[0026]感测座舱底部区域的温度，感测座舱侧壁区域的温度，并感测飞机外界环境的温度；
[0027]根据测得的座舱底部区域温度、测得的座舱侧壁区域温度、测得的飞机外界环境温度、预设的座舱底部区域温度舒适度值和预设的座舱侧壁区域温度舒适度值，控制安装在座舱底部区域的底部温度调节装置和安装在座舱侧壁区域的侧壁温度调节装置所需散发或吸收的热量。
[0028]根据上述技术方案，本发明的飞机座舱温度控制方法能起到以下有益技术效果:可以满足不同条件下、不同机组人员和乘客的热舒适性要求。
[0029]较佳的是，所述底部温度调节装置和所述侧壁温度调节装置的散热量或吸热量通过调节位于其中的供流管和回流管内输送的流体介质的温度进行调节。
[0030]较佳的是，调节所述供流管和所述回流管内输送的流体介质的温度通过调节换热器上游的气体温度来实现，其中，所述换热器连接至所述供流管和所述回流管。
[0031]较佳的是，调节换热器上游的气体温度通过以下方式来实现:根据测得的供流管内流体介质的温度、测得的换热器上游气体的温度和供流管内流体介质所需温度，控制安装在所述换热器上游的低温气体活门和高温气体活门的开度。
[0032]较佳的是，调节换热器上游的气体温度还通过以下方式来实现:根据测得的供流管内流体介质的温度、测得的换热器上游气体的温度和供流管内流体介质所需温度，控制安装在所述换热器上游的混合旁路风扇的转速。
【附图说明】
[0033]图1是本发明一实施例的飞机座舱温度控制系统的示意图；
[0034]图2是本发明一实施例的飞机座舱温度控制系统的运行原理图；
[0035]图3是本发明一实施例的飞机座舱温度控制系统的座舱侧壁区域和座舱底部区域的示意图。
[0036]附图标记列表
[0037]1、座舱底部温度传感器
[0038]2、座舱侧壁温度传感器
[0039]3、控制器
[0040]4、底部温度调节装置
[0041]5、侧壁温度调节装置
[0042]6、外界环境温度传感器
[0043]7、供流管
[0044]8、回流管
[0045]9、换热器
[0046]10、供流管流体温度传感器
[0047]11、换热器上游气体温度传感器
[0048]12、低温气体活门
[0049]13、高温气体活门
[0050]14、低温气体[0051 ]15、高温气体
[0052]16、混合旁路风扇
【具体实施方式】
[0053]下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
[0054]图1是本发明一实施例的飞机座舱温度控制系统的示意图。图2是本发明一实施例的飞机座舱温度控制系统的运行原理图。图3是本发明一实施例的飞机座舱温度控制系统的座舱侧壁区域和座舱底部区域的示意图。
[0055]如图1和2所示，根据本发明的一实施例，飞机座舱温度控制系统包括:
[0056]座舱底部温度传感器I，座舱底部温度传感器I安装在座舱底部区域，用于感测座舱底部区域的温度；
[0057]座舱侧壁温度传感器2，座舱侧壁温度传感器2安装在座舱侧壁区域，用于感测座舱侧壁区域的温度；
[0058]外界环境温度传感器6，外界环境温度传感器6安装在飞机外部，用于感测飞机外界环境的温度；
[0059]底部温度调节装置4，底部温度调节装置4安装在座舱底部区域，用于调节座舱底部区域的温度；
[0060]侧壁温度调节装置5，侧壁温度调节装置5安装在座舱侧壁区域，用于调节座舱侧壁区域的温度；以及
[0061 ] 控制器3，控制器3连接至座舱底部温度传感器1、座舱侧壁温度传感器2、外界环境温度传感器6、底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5，用于根据座舱底部温度传感器I测得的座舱底部区域温度、座舱侧壁温度传感器2测得的座舱侧壁区域温度、外界环境温度传感器6测得的飞机外界环境温度、预设的座舱底部区域温度舒适度值和预设的座舱侧壁区域温度舒适度值，控制底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5所需散发或吸收的热量(即，座舱底部区域和座舱侧壁区域的所需热载荷)。
[0062]这样，通过控制底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5所需散发或吸收的热量，将座舱底部区域和座舱侧壁区域的温度控制在乘客舒适度要求的范围内，可以满足不同条件下、不同机组人员和乘客的热舒适性要求。
[0063]具体地说，本发明的飞机座舱温度控制系统，可以满足不同环境温度条件下，不同衣着特点的乘客，及对客舱周围温度环境条件敏感度不一样的乘客，对客舱热舒适性的要求。改变夏天头部凉、脚步热，冬天头部热、脚步冷的客舱温度环境，避免客舱温度分层现象的出现，也可以改善客舱侧壁区域乘客的热舒适性;可以避免空调通风加热所需的大尺寸空调管路安装问题，以及降低因空调通风空气产生的舱内噪声。
[0064]较佳的是，如图1和2所示，底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5均包括位于其中的供流管7和回流管8，底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5的散热量或吸热量通过调节供流管7和回流管8内输送的流体介质的温度进行调节。较佳的是，供流管7和回流管8铺设在座舱底部和座舱侧壁板内，或集成在座舱底部和座舱侧壁板内，如图3所示。
[0065]较佳的是，如图1和2所示，本发明的飞机座舱温度控制系统还包括换热器9，换热器9连接至控制器3、供流管7和回流管8，调节供流管7和回流管8内输送的流体介质的温度通过调节换热器9上游的气体温度来实现。
[0066]较佳的是，如图1和2所示，本发明的飞机座舱温度控制系统还包括安装在供流管7处的供流管流体温度传感器10、安装在换热器9上游的换热器上游气体温度传感器11、以及安装在换热器9上游的低温气体活门12和高温气体活门13，调节换热器9上游的气体温度通过以下方式来实现:控制器3根据供流管流体温度传感器10测得的供流管内流体介质的温度、换热器上游气体温度传感器11测得的换热器上游气体的温度和供流管内流体介质所需温度，控制低温气体活门12和高温气体活门13的开度。这样，通过控制低温气体活门12和高温气体活门13的开度，调节换热器9上游的气体温度，从而将供流管7内的流体温度控制在所需的温度。
[0067]较佳的是，如图1和2所示，本发明的飞机座舱温度控制系统还包括安装在换热器9上游的混合旁路风扇16，调节换热器9上游的气体温度还通过以下方式来实现:控制器3根据供流管流体温度传感器10测得的供流管内流体介质的温度、换热器上游气体温度传感器11测得的换热器上游气体的温度和供流管内流体介质所需温度，控制混合旁路风扇16的转速。这样，通过控制混合旁路风扇16的转速，调节旁路混合空气的量，可以更精细地调节换热器9上游的气体温度，从而将供流管7内的流体温度更精细地控制在所需的温度。
[0068]较佳的是，如图1和2所示，当座舱底部区域和座舱侧壁区域的温度较低，不满足乘客的舒适度要求时，底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5需要向座舱底部区域和座舱侧壁区域散热，控制器3根据座舱底部温度传感器1、座舱侧壁温度传感器2、外界环境温度传感器6测得的座舱底部区域温度、座舱侧壁区域温度、飞机外界环境温度、以及预设的座舱底部区域温度舒适度值和预设的座舱侧壁区域温度舒适度值，计算得到座舱底部区域和座舱侧壁区域的所需热载荷。控制器3根据座舱底部区域和座舱侧壁区域的所需热载荷，得到底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5中流体介质所需的温度，并进一步得到换热器9热边所需的气体温度。控制器3根据计算得到的换热器9热边所需的气体温度、以及供流管流体温度传感器10测得的供流管内流体介质的温度、换热器上游气体温度传感器11测得的换热器上游气体的温度，控制换热器9上游低温气体活门12和高温气体活门13的开度，从而调节低温气体14和高温气体15的流量，直至换热器热边上游的换热器上游气体温度传感器11测得的温度达到换热器9热边所需的气体温度。
[0069]较佳的是，如图1和2所示，当座舱底部区域和座舱侧壁区域的温度较高，不满足乘客的舒适度要求时，底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5需要吸收座舱底部区域和座舱侧壁区域的热量，控制器3根据座舱底部温度传感器1、座舱侧壁温度传感器2、外界环境温度传感器6测得的座舱底部区域温度、座舱侧壁区域温度、飞机外界环境温度、以及预设的座舱底部区域温度舒适度值和预设的座舱侧壁区域温度舒适度值，计算得到座舱底部区域和座舱侧壁区域的所需热载荷。控制器3根据座舱底部区域和座舱侧壁区域的所需热载荷，得到底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5中流体介质所需的温度，并进一步得到换热器9冷边所需的气体温度。控制器3根据计算得到的换热器9冷边所需的气体温度、以及供流管流体温度传感器10测得的供流管内流体介质的温度、换热器上游气体温度传感器11测得的换热器上游气体的温度，控制换热器9上游低温气体活门12和高温气体活门13的开度，从而调节低温气体14和高温气体15的流量，直至换热器9冷边上游的换热器上游气体温度传感器11测得的温度达到换热器9冷边所需温度。
[0070]较佳的是，换热器9可以与蒸发器、膨胀阀等装置配合使用，从而使底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5中的流体达到更高或更低的温度。
[0071]较佳的是，低温气体14可以是来自飞机外部的冲压空气，也可以是来自飞机外部或内部的低温气体。
[0072]较佳的是，高温气体15可以是来自发动机、APU的高温气体，也可以是来自电子设备散热、空调组件下游的冲压出口空气等高温气体。
[0073]较佳的是，供流管7为底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5提供温度调节所需的流体，回流管8接收流出底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5的流体，并将这些流体输送至换热器9。较佳的是，这些流体主要是热容较大的流体。
[0074]较佳的是，换热器9用于对温度调节流体进行加热或冷却，换热器9可以根据舱内的温度舒适性需求，确定采用加热模式还是冷却模式。
[0075]根据本发明的一实施例，飞机座舱温度控制方法包括:
[0076]感测座舱底部区域的温度，感测座舱侧壁区域的温度，并感测飞机外界环境的温度；
[0077]根据测得的座舱底部区域温度、测得的座舱侧壁区域温度、测得的飞机外界环境温度、预设的座舱底部区域温度舒适度值和预设的座舱侧壁区域温度舒适度值，控制安装在座舱底部区域的底部温度调节装置4和安装在座舱侧壁区域的侧壁温度调节装置5所需散发或吸收的热量。
[0078]较佳的是，底部温度调节装置4和侧壁温度调节装置5的散热量或吸热量通过调节位于其中的供流管7和回流管8内输送的流体介质的温度进行调节。
[0079]较佳的是，调节供流管7和回流管8内输送的流体介质的温度通过调节换热器9上游的气体温度来实现，其中，换热器9连接至供流管7和回流管8。
[0080]较佳的是，调节换热器9上游的气体温度通过以下方式来实现:根据测得的供流管7内流体介质的温度、测得的换热器9上游气体的温度和供流管7内流体介质所需温度，控制安装在换热器9上游的低温气体活门12和高温气体活门13的开度。
[0081]较佳的是，调节换热器9上游的气体温度还通过以下方式来实现:根据测得的供流管7内流体介质的温度、测得的换热器9上游气体的温度和供流管7内流体介质所需温度，控制安装在换热器9上游的混合旁路风扇16的转速。
[0082]以上对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但本领域技术人员将会理解，上述【具体实施方式】并不构成对本发明的限制，本领域技术人员可以在以上公开内容的基础上进行多种修改，而不超出本发明的范围。
【主权项】
1.一种飞机座舱温度控制系统，包括: 座舱底部温度传感器，所述座舱底部温度传感器安装在座舱底部区域，用于感测座舱底部区域的温度； 座舱侧壁温度传感器，所述座舱侧壁温度传感器安装在座舱侧壁区域，用于感测座舱侧壁区域的温度； 外界环境温度传感器，所述外界环境温度传感器安装在飞机外部，用于感测飞机外界环境的温度； 底部温度调节装置，所述底部温度调节装置安装在座舱底部区域，用于调节座舱底部区域的温度； 侧壁温度调节装置，所述侧壁温度调节装置安装在座舱侧壁区域，用于调节座舱侧壁区域的温度；以及 控制器，所述控制器连接至所述座舱底部温度传感器、所述座舱侧壁温度传感器、所述外界环境温度传感器、所述底部温度调节装置和所述侧壁温度调节装置，用于根据所述座舱底部温度传感器测得的座舱底部区域温度、所述座舱侧壁温度传感器测得的座舱侧壁区域温度、所述外界环境温度传感器测得的飞机外界环境温度、预设的座舱底部区域温度舒适度值和预设的座舱侧壁区域温度舒适度值，控制所述底部温度调节装置和所述侧壁温度调节装置所需散发或吸收的热量。2.如权利要求1所述的飞机座舱温度控制系统，其特征在于，所述底部温度调节装置和所述侧壁温度调节装置均包括位于其中的供流管和回流管，所述底部温度调节装置和所述侧壁温度调节装置的散热量或吸热量通过调节所述供流管和所述回流管内输送的流体介质的温度进行调节。3.如权利要求2所述的飞机座舱温度控制系统，其特征在于，还包括换热器，所述换热器连接至所述控制器、所述供流管和所述回流管，调节所述供流管和所述回流管内输送的流体介质的温度通过调节所述换热器上游的气体温度来实现。4.如权利要求3所述的飞机座舱温度控制系统，其特征在于，还包括安装在所述供流管处的供流管流体温度传感器、安装在所述换热器上游的换热器上游气体温度传感器、以及安装在所述换热器上游的低温气体活门和高温气体活门，调节换热器上游的气体温度通过以下方式来实现:所述控制器根据所述供流管流体温度传感器测得的供流管内流体介质的温度、所述换热器上游气体温度传感器测得的换热器上游气体的温度和供流管内流体介质所需温度，控制所述低温气体活门和所述高温气体活门的开度。5.如权利要求4所述的飞机座舱温度控制系统，其特征在于，还包括安装在所述换热器上游的混合旁路风扇，调节换热器上游的气体温度还通过以下方式来实现:所述控制器根据所述供流管流体温度传感器测得的供流管内流体介质的温度、所述换热器上游气体温度传感器测得的换热器上游气体的温度和供流管内流体介质所需温度，控制所述混合旁路风扇的转速。6.一种飞机座舱温度控制方法，包括: 感测座舱底部区域的温度，感测座舱侧壁区域的温度，并感测飞机外界环境的温度； 根据测得的座舱底部区域温度、测得的座舱侧壁区域温度、测得的飞机外界环境温度、预设的座舱底部区域温度舒适度值和预设的座舱侧壁区域温度舒适度值，控制安装在座舱底部区域的底部温度调节装置和安装在座舱侧壁区域的侧壁温度调节装置所需散发或吸收的热量。7.如权利要求6所述的飞机座舱温度控制方法，其特征在于，所述底部温度调节装置和所述侧壁温度调节装置的散热量或吸热量通过调节位于其中的供流管和回流管内输送的流体介质的温度进行调节。8.如权利要求7所述的飞机座舱温度控制方法，其特征在于，调节所述供流管和所述回流管内输送的流体介质的温度通过调节换热器上游的气体温度来实现，其中，所述换热器连接至所述供流管和所述回流管。9.如权利要求8所述的飞机座舱温度控制方法，其特征在于，调节换热器上游的气体温度通过以下方式来实现:根据测得的供流管内流体介质的温度、测得的换热器上游气体的温度和供流管内流体介质所需温度，控制安装在所述换热器上游的低温气体活门和高温气体活门的开度。10.如权利要求9所述的飞机座舱温度控制方法，其特征在于，调节换热器上游的气体温度还通过以下方式来实现:根据测得的供流管内流体介质的温度、测得的换热器上游气体的温度和供流管内流体介质所需温度，控制安装在所述换热器上游的混合旁路风扇的转速。
【文档编号】B64D13/06GK106043707SQ201610493335
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】孙学德, 汪光文, 郭天鹏, 闫旭东, 程湛
【申请人】中国商用飞机有限责任公司, 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院