平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)及控制方法，所述控制系統(tǒng)包括并聯(lián)的第一溫度控制子系統(tǒng)和第二溫度控制子系統(tǒng)；第一溫度控制子系統(tǒng)包括高壓氣罐，安裝于飛艇機(jī)艙內(nèi)并與相關(guān)設(shè)備聯(lián)接或接近的冷板，安裝于飛艇機(jī)艙內(nèi)的換熱器，靠近換熱器的第一風(fēng)扇，連通高壓氣罐與冷板并將氣體引出機(jī)艙的第一管路，以及連通高壓氣罐與換熱器并將氣體引出機(jī)艙的第二管路；第二溫度控制子系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)，連通風(fēng)機(jī)與冷板并將氣體引出機(jī)艙的第三管路，設(shè)置于機(jī)艙內(nèi)相關(guān)設(shè)備上方的出風(fēng)裝置，以及連通出風(fēng)裝置與風(fēng)機(jī)的第四管路。本發(fā)明耗電量較少、質(zhì)量輕、對管路的密封性要求相對較低；能防止飛艇在極熱天氣低空時單一冷源不能滿足制冷需求的不利影響。
【專利說明】平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及平流層飛艇環(huán)境控制系統(tǒng)及方法，尤其用于控制機(jī)艙內(nèi)溫度的并聯(lián)式控制系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]與其他航空航天器相比，平流層飛艇在通訊、監(jiān)視、防御等領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢，在軍事和民用方面發(fā)展較為快速。
[0003]平流層飛艇設(shè)計的一個關(guān)鍵問題就是機(jī)艙設(shè)備的熱控問題:
首先，平流層飛艇的工作高度一般為20km，其環(huán)境溫度最低可達(dá)-56.5°C，如不采取適當(dāng)?shù)拇胧?，艙?nèi)的設(shè)備包括電子設(shè)備、通訊設(shè)備等均無法工作。
[0004]其次，在飛艇升空過程或者下降過程中若遇到臨近地面的環(huán)境溫度較高，當(dāng)環(huán)境溫度大于設(shè)備的許可溫度時，也會影響設(shè)備的使用性能。
[0005]故需要設(shè)計一種新系統(tǒng)來解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:提供一種結(jié)構(gòu)簡單、耗電小、可控性較好的機(jī)艙環(huán)境控制系統(tǒng)及方法，為平流層飛艇的整體熱控提供技術(shù)參考。
[0007]技術(shù)方案:一種平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)，包括并聯(lián)的第一溫度控制子系統(tǒng)和第二溫度控制子系統(tǒng)；
所述第一溫度控制子系統(tǒng)包括高壓氣罐，安裝于飛艇機(jī)艙內(nèi)并與相關(guān)設(shè)備聯(lián)接或接近的冷板，安裝于飛艇機(jī)艙內(nèi)的換熱器，靠近換熱器的第一風(fēng)扇，連通所述高壓氣罐與冷板并將氣體引出機(jī)艙的第一管路，以及連通所述高壓氣罐與換熱器并將氣體引出機(jī)艙的第二管路；
所述第二溫度控制子系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)，連通風(fēng)機(jī)與冷板并將氣體引出機(jī)艙的第三管路，設(shè)置于機(jī)艙內(nèi)相關(guān)設(shè)備上方的出風(fēng)裝置，以及連通出風(fēng)裝置與風(fēng)機(jī)的第四管路。
[0008]所述第一管路、第二管路、第三管路及第四管路上設(shè)置有閥門。所述冷板包括形成一中空容置空間的蓋板以及與蓋板內(nèi)壁聯(lián)接并形成折線形氣道的盤管，盤管具有伸出蓋板外部的進(jìn)氣口和出氣口。本發(fā)明還包括設(shè)置在機(jī)艙內(nèi)壁的電加熱絲。
[0009]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，本發(fā)明還包括溫度采集處理系統(tǒng)，所述溫度采集處理系統(tǒng)包括設(shè)置于相關(guān)設(shè)備上的第一溫度傳感器、與電加熱絲電連接的觸動開關(guān)、設(shè)置于飛艇機(jī)艙內(nèi)壁的第二溫度傳感器、固定于飛艇艙壁并伸出艙壁外側(cè)的第三溫度傳感器、與第二溫度傳感器和第三溫度傳感器連接的數(shù)據(jù)采集器，以及與數(shù)據(jù)采集器、第一溫度傳感器、觸動開關(guān)和各閥門聯(lián)接的控制柜。
[0010]基于上述平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
當(dāng)飛艇從環(huán)境溫度較高的低空向上運(yùn)動時，第一溫度控制子系統(tǒng)開啟，高壓氣罐中的冷氣輸送至冷板，冷卻與之聯(lián)接或靠近的設(shè)備；同時，冷氣輸送至換熱器，第一風(fēng)扇將換熱器附近的空氣吹至機(jī)艙的其他部分，形成氣流循環(huán)；
當(dāng)飛艇升至一定高度，艙外的溫度低于艙內(nèi)設(shè)備的最高許可溫度時，第二溫度控制子系統(tǒng)開啟，將機(jī)艙外的冷空氣運(yùn)送至機(jī)艙內(nèi)和冷板中；
當(dāng)飛艇在平流層運(yùn)行一段時間后，溫度下降至設(shè)備的許可溫度時，停止第一溫度控制子系統(tǒng)和第二溫度控制子系統(tǒng)；
當(dāng)飛艇內(nèi)的溫度低于艙內(nèi)設(shè)備的最低許可溫度時，開啟電加熱絲加熱，同時開啟第二風(fēng)扇，在機(jī)艙內(nèi)形成氣流循環(huán)；
當(dāng)飛艇下降時，首先開啟第二溫度控制子系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，當(dāng)其不能滿足要求時，開啟第一溫度控制子系統(tǒng)。
[0011]有益效果:本發(fā)明具有耗電量較少、質(zhì)量輕、對管路的密封性要求相對較低的優(yōu)點(diǎn)；能防止飛艇在極熱天氣低空時單一冷源不能滿足制冷需求的不利影響；另外本發(fā)明的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、價格便宜、可控性好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明冷板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)主要包括并聯(lián)的第一溫度控制子系統(tǒng)和第二溫度控制子系統(tǒng)，飛艇機(jī)艙側(cè)壁由保溫板I制成。
[0016]第一溫度控制子系統(tǒng)和第二溫度控制子系統(tǒng)均具有兩路輸送管，其中一路用于發(fā)熱設(shè)備的冷卻，另一路用于機(jī)艙內(nèi)的整體冷卻。
[0017]具體地，第一溫度控制子系統(tǒng)包括高壓氣罐11，冷板12，換熱器13，第一風(fēng)扇14，以及第一管路17、第二管路18、第一閥門15和第二閥門16等。
[0018]冷板12安裝于飛艇機(jī)艙內(nèi)并與相關(guān)設(shè)備聯(lián)接或接近，用于與其進(jìn)行熱交換，以降低設(shè)備的溫度；換熱器13安裝于飛艇機(jī)艙內(nèi)，用于與機(jī)艙內(nèi)的空氣進(jìn)行熱交換，以降低機(jī)艙內(nèi)的溫度；第一風(fēng)扇14靠近換熱器，用于將熱交換器周圍的空氣吹至機(jī)艙內(nèi)的其他地方，形成空氣對流，增強(qiáng)換熱效果；第一管路17用于連通高壓氣罐與冷板并將氣體引出機(jī)艙，以形成用于冷卻艙內(nèi)設(shè)備的第一循環(huán)路徑；第二管路18用于連通高壓氣罐與換熱器并將氣體引出機(jī)艙的，用于冷卻機(jī)艙內(nèi)溫度。
[0019]而第二溫度控制子系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)21，連通風(fēng)機(jī)與冷板并將氣體引出機(jī)艙的第三管路23，設(shè)置于機(jī)艙內(nèi)相關(guān)設(shè)備上方的出風(fēng)裝置22，以及連通出風(fēng)裝置與風(fēng)機(jī)的第四管路24。第一管路、第二管路、第三管路及第四管路上設(shè)置有閥門。
[0020]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，冷板包括形成一中空容置空間的蓋板121以及與蓋板內(nèi)壁聯(lián)接并形成折線形氣道的盤管124，盤管具有伸出蓋板外部的進(jìn)氣口 123和出氣口 122。設(shè)置在機(jī)艙內(nèi)壁的電加熱絲。
[0021]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，控制過程通過溫度采集處理系統(tǒng)進(jìn)行，所述溫度采集處理系統(tǒng)包括設(shè)置于相關(guān)設(shè)備上的第一溫度傳感器41、與電加熱絲電連接的觸動開關(guān)46、設(shè)置于飛艇機(jī)艙內(nèi)壁的第二溫度傳感器42、固定于飛艇艙壁并伸出艙壁外側(cè)的第三溫度傳感器43、與第二溫度傳感器42和第三溫度傳感器43連接的數(shù)據(jù)采集器44，以及與數(shù)據(jù)采集器、第一溫度傳感器41、觸動開關(guān)和各閥門聯(lián)接的控制柜45。
[0022]其中，第一溫度傳感器用來探測電子設(shè)備的溫度，第二溫度傳感器用來探測飛艇設(shè)備艙內(nèi)的環(huán)境溫度，第三溫度傳感器用來探測飛艇外部的環(huán)境溫度，觸動開關(guān)用來開關(guān)電加熱絲。
[0023]基于上述平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)的控制方法主要包括如下步驟:
當(dāng)飛艇從環(huán)境溫度較高的低空向上運(yùn)動時，第一溫度控制子系統(tǒng)開啟，高壓氣罐中的冷氣輸送至冷板，冷卻與之聯(lián)接或靠近的設(shè)備；同時，冷氣輸送至換熱器，第一風(fēng)扇將換熱器附近的空氣吹至機(jī)艙的其他部分，形成氣流循環(huán)；
當(dāng)飛艇升至一定高度，艙外的溫度低于艙內(nèi)設(shè)備的最高許可溫度時，第二溫度控制子系統(tǒng)開啟，將機(jī)艙外的冷空氣運(yùn)送至機(jī)艙內(nèi)和冷板中；
當(dāng)飛艇在平流層運(yùn)行一段時間后，溫度下降至設(shè)備的許可溫度時，停止第一溫度控制子系統(tǒng)和第二溫度控制子系統(tǒng)；
當(dāng)飛艇內(nèi)的溫度低于艙內(nèi)設(shè)備的最低許可溫度時，開啟電加熱絲加熱，同時開啟第二風(fēng)扇，在機(jī)艙內(nèi)形成氣流循環(huán)；
當(dāng)飛艇下降時，首先開啟第二溫度控制子系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，當(dāng)其不能滿足要求時，開啟第一溫度控制子系統(tǒng)。
[0024]在上述實(shí)施例中，第一溫度控制子系統(tǒng)和第二溫度控制子系統(tǒng)對電源的需求僅發(fā)生在風(fēng)扇和風(fēng)機(jī)上，不像蒸發(fā)循環(huán)一樣存在壓縮機(jī)對電力的額外需求，因此其耗電量相對較少。同時比流體回路冷卻系統(tǒng)需要的部件少，并且該系統(tǒng)中所涉及的冷卻介質(zhì)不具有腐蝕性，對管路的密封要求相對較低，因此其可靠性和安全性更高。
[0025]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026]另外需要說明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
【權(quán)利要求】
1.一種平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，包括并聯(lián)的第一溫度控制子系統(tǒng)和第二溫度控制子系統(tǒng)； 所述第一溫度控制子系統(tǒng)包括高壓氣罐(11)，安裝于飛艇機(jī)艙內(nèi)并與相關(guān)設(shè)備聯(lián)接或接近的冷板(12)，安裝于飛艇機(jī)艙內(nèi)的換熱器(13)，靠近換熱器的第一風(fēng)扇(14)，連通所述高壓氣罐與冷板并將氣體引出機(jī)艙的第一管路(17)，以及連通所述高壓氣罐與換熱器并將氣體引出機(jī)艙的第二管路(18)； 所述第二溫度控制子系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)(21)，連通風(fēng)機(jī)與冷板并將氣體引出機(jī)艙的第三管路(23)，設(shè)置于機(jī)艙內(nèi)相關(guān)設(shè)備上方的出風(fēng)裝置(22)，以及連通出風(fēng)裝置與風(fēng)機(jī)的第四管路(24)。
2.如權(quán)利要求1所述的平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一管路、第二管路、第三管路及第四管路上設(shè)置有閥門。
3.如權(quán)利要求1或2所述的平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述冷板包括形成一中空容置空間的蓋板(121)以及與蓋板內(nèi)壁聯(lián)接并形成折線形氣道的盤管(124)，盤管具有伸出蓋板外部的進(jìn)氣口(123)和出氣口(122)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在機(jī)艙內(nèi)壁的電加熱絲。
5.如權(quán)利要求4所述的平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括溫度采集處理系統(tǒng)，所述溫度采集處理系統(tǒng)包括設(shè)置于相關(guān)設(shè)備上的第一溫度傳感器(41 )、與電加熱絲電連接的觸動開關(guān)(46)、設(shè)置于飛艇機(jī)艙內(nèi)壁的第二溫度傳感器(42)、固定于飛艇艙壁并伸出艙壁外側(cè)的第三溫度傳感器(43)、與第二溫度傳感器(42)和第三溫度傳感器(43)連接的數(shù)據(jù)采集器(44)，以及與數(shù)據(jù)采集器、第一溫度傳感器(41)、觸動開關(guān)和各閥門聯(lián)接的控制柜(45)。
6.一種基于權(quán)利要求4所述的平流層飛艇并聯(lián)式溫度控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 當(dāng)飛艇從環(huán)境溫度較高的低空向上運(yùn)動時，第一溫度控制子系統(tǒng)開啟，高壓氣罐中的冷氣輸送至冷板，冷卻與之聯(lián)接或靠近的設(shè)備；同時，冷氣輸送至換熱器，第一風(fēng)扇將換熱器附近的空氣吹至機(jī)艙的其他部分，形成氣流循環(huán)； 當(dāng)飛艇升至一定高度，艙外的溫度低于艙內(nèi)設(shè)備的最高許可溫度時，第二溫度控制子系統(tǒng)開啟，將機(jī)艙外的冷空氣運(yùn)送至機(jī)艙內(nèi)和冷板中； 當(dāng)飛艇在平流層運(yùn)行一段時間后，溫度下降至設(shè)備的許可溫度時，停止第一溫度控制子系統(tǒng)和第二溫度控制子系統(tǒng)； 當(dāng)飛艇內(nèi)的溫度低于艙內(nèi)設(shè)備的最低許可溫度時，開啟電加熱絲加熱，同時開啟第二風(fēng)扇，在機(jī)艙內(nèi)形成氣流循環(huán)； 當(dāng)飛艇下降時，首先開啟第二溫度控制子系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，當(dāng)其不能滿足要求時，開啟第一溫度控制子系統(tǒng)。
【文檔編號】B64B1/02GK104071327SQ201410247741
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】施紅 申請人:江蘇科技大學(xué)