本申請涉及飛機設計領域，具體涉及對飛機上的用于引氣增壓的空氣渦輪壓縮機的設計，該空氣渦輪壓縮機包括空氣渦輪和由該空氣渦輪驅(qū)動的壓縮機。
背景技術(shù)：
1、飛機中的燃油箱惰化系統(tǒng)通常從發(fā)動機系統(tǒng)或機艙系統(tǒng)引氣，并且一些燃油箱惰化系統(tǒng)具體采用引氣增壓的方式進行引氣。為了對引氣進行增壓，在空氣準備系統(tǒng)中通常配備有空氣渦輪壓縮機，該空氣渦輪壓縮機包括渦輪機和壓縮機，壓縮機在渦輪機的驅(qū)動下運行，以對進入燃油箱惰化系統(tǒng)的引氣進行增壓。
2、在空氣渦輪壓縮機的使用過程中，發(fā)現(xiàn)其存在一些問題。具體來說，空氣渦輪壓縮機的渦輪機與壓縮機的熱效率一般來說無法達到100％，這樣，在渦輪機進行膨脹做功時，渦輪機中驅(qū)動渦輪機運行的工質(zhì)的溫度會下降，而若工質(zhì)中含有較多水分時，這些水分會結(jié)冰，并且尤其容易在渦輪機的出口處結(jié)冰。在渦輪機出口結(jié)冰會堵塞出口，導致空氣渦輪壓縮機的運行故障。而在另一方面，在壓縮機中，當引氣被壓縮的過程中，引氣壓力增加，同時引氣的溫度也會上升，當溫度較高的引氣進入空氣準備系統(tǒng)時，會導致空氣準備系統(tǒng)超溫。
3、無論是渦輪機中的結(jié)冰還是壓縮機中的升溫都會對燃油箱惰化系統(tǒng)的正常運行帶來負面影響，降低其運行效率，進而危及飛機的安全性。
4、為了解決空氣渦輪壓縮機的上述問題，在現(xiàn)有的飛機中通常會采取措施來盡量增加渦輪機的進口溫度，以及降低壓縮機的進口溫度。同時，會在壓縮機的出口處設置溫度傳感器，一旦檢測到壓縮機出口溫度超溫，立即切斷渦輪機的引氣，停止空氣渦輪壓縮機的運行。不過，這種措施會增加對飛機系統(tǒng)設計的約束，同時還會降低空氣渦輪壓縮機的利用率。
5、現(xiàn)有技術(shù)中還采取其他方式來解決空氣渦輪壓縮機的上述問題。例如，在ca2497581a1中提出在壓縮機中噴射制冷劑的方式來降低壓縮機出口的溫度。不過，這種方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)降低溫度的目的，但由于在壓縮機中添加了制冷劑，這就在進入燃油箱惰化系統(tǒng)中的引氣中增加了一種雜質(zhì)，從而影響燃油箱惰化系統(tǒng)的運行。除此之外，現(xiàn)有技術(shù)中還提出增加換熱系統(tǒng)來實現(xiàn)對空氣渦輪壓縮機的溫度控制，例如在ca2710280a1和us448562a中公開了該換熱系統(tǒng)。但是，該換熱系統(tǒng)需要額外增加設備，因此這種方案不適用于民用飛機，具體是不符合民用飛機的減重要求。
6、因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在對飛機的空氣渦輪壓縮機的結(jié)構(gòu)進行改進的需求，以解決以上所述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請是為了解決以上所述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題而做出的。本發(fā)明的目的是提供一種用于飛機的空氣渦輪壓縮機，其能夠平衡空氣渦輪壓縮機中的溫度，一方面避免渦輪機結(jié)冰，另一方面也能避免離開壓縮機的引氣超溫的問題。
2、本申請的空氣渦輪壓縮機包括渦輪機、壓縮機和連接在渦輪機和壓縮機之間的傳動軸，傳動軸將渦輪機的渦輪葉輪的轉(zhuǎn)動傳遞給壓縮機的壓縮葉輪。該空氣渦輪壓縮機還包括熱平衡裝置，熱平衡裝置連接在渦輪機和壓縮機之間，并且熱平衡裝置設置成將壓縮機中的熱量傳遞到渦輪機。
3、在空氣渦輪壓縮機中，通過設置連接在渦輪機和壓縮機之間的熱平衡裝置，可將壓縮機中過多的熱量轉(zhuǎn)移給渦輪機，這樣可以避免壓縮機超溫，進而避免因超溫導致的空氣渦輪壓縮機切斷，提高空氣渦輪壓縮機的運行效率，并且同時可提高渦輪機的溫度，防止渦輪機處、尤其是渦輪機的出口處結(jié)冰而導致空氣渦輪壓縮機運行故障，提高空氣渦輪壓縮機的運行安全性。
4、在一種示例性的具體結(jié)構(gòu)中，熱平衡裝置包括至少一個集成熱管，集成熱管包括蒸發(fā)端、冷凝端和絕熱部分，蒸發(fā)端連接在壓縮機上，冷凝端連接在渦輪機上，絕熱部分在蒸發(fā)端和冷凝端之間延伸。集成熱管的結(jié)構(gòu)簡單，可容易地實現(xiàn)渦輪機和壓縮機之間的熱傳遞，從而實現(xiàn)熱平衡。
5、較佳地，熱平衡裝置包括沿著渦輪機和壓縮機的徑向布置的多層集成熱管，每層集成熱管沿著渦輪機和壓縮機的周向布置。例如，可沿著徑向布置1到3層集成熱管。
6、進一步較佳地，集成熱管滿足如下尺寸關系中的至少一種：
7、集成熱管的直徑在0.5cm到2cm的范圍中；
8、相鄰兩層集成熱管之間的間距在4cm-10cm的范圍中；以及
9、同一層集成熱管中的相鄰兩個集成熱管之間沿周向的間隔角度在12°到20°的范圍中，其中所述的間隔角度為從橫截面看相鄰兩個集成熱管的中心到壓縮機的中心的連線之間所形成的角度。
10、上述集成熱管的尺寸可實現(xiàn)較佳的熱量傳送強度，滿足飛機常用的空氣渦輪壓縮機的渦輪機和壓縮機之間的熱平衡需求。
11、在一種較佳的結(jié)構(gòu)中，每個集成熱管包括多根毛細熱管，毛細熱管結(jié)合在一起并容納在集成熱管的外管中，毛細熱管包括：
12、蒸發(fā)部段，每個集成熱管中的所有毛細熱管的蒸發(fā)部段結(jié)合在一起，形成蒸發(fā)端；
13、冷凝部段，每個集成熱管中的所有毛細熱管的冷凝部段結(jié)合在一起，形成冷凝端；以及
14、絕熱部段，絕熱部段在蒸發(fā)部段和冷凝部段之間延伸。
15、進一步較佳地，外管由金屬材料制成；和/或在外管的外表面上涂敷有絕熱材料。金屬制成的外管可有效地保護容納在其中的毛細熱管，而涂敷在外管的外表面上的絕熱材料可阻隔毛細熱管與外界的換熱，提高渦輪機與壓縮機之間的熱傳遞。
16、較佳地，在毛細熱管中形成有毛細吸液芯，毛細吸液芯連接在蒸發(fā)部段和冷凝部段之間。毛細吸液芯有助于使液態(tài)的相變工質(zhì)均勻地從冷凝部段移到蒸發(fā)部段。
17、較佳地，毛細吸液芯形成為溝槽的形式。例如，該溝槽可形成在毛細熱管的外壁的內(nèi)表面上。當然，通過將毛細熱管的直徑做得足夠小，也可由毛細熱管的外壁的整個內(nèi)表面來起到毛細吸液芯的功能，而不必在外壁上再設置其他額外的結(jié)構(gòu)。
18、在毛細熱管中容納有相變工質(zhì)，相變工質(zhì)在蒸發(fā)部段從壓縮機吸收熱量而相變?yōu)闅鈶B(tài)，相變工質(zhì)在冷凝部段向渦輪機放熱而相變?yōu)橐簯B(tài)，液態(tài)的相變工質(zhì)在毛細吸液芯的作用下從冷凝部段移到蒸發(fā)部段。
19、較佳地，該相變工質(zhì)可以選擇丙酮，或者，根據(jù)具體的換熱強度要求，確定具體的相變工質(zhì)相變溫度點，并基于該具體的相變溫度點來匹配選擇其他類型的工質(zhì)，例如氟醚類化合物、無機水合物等。
1.一種空氣渦輪壓縮機，所述空氣渦輪壓縮機包括渦輪機、壓縮機和連接在所述渦輪機和所述壓縮機之間的傳動軸，所述傳動軸將所述渦輪機的渦輪葉輪的轉(zhuǎn)動傳遞給所述壓縮機的壓縮葉輪；
2.如權(quán)利要求1所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述熱平衡裝置包括至少一個集成熱管，所述集成熱管包括蒸發(fā)端、冷凝端和絕熱部分，所述蒸發(fā)端連接在所述壓縮機上，所述冷凝端連接在所述渦輪機上，所述絕熱部分在所述蒸發(fā)端和所述冷凝端之間延伸。
3.如權(quán)利要求2所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述熱平衡裝置包括沿著所述渦輪機和所述壓縮機的徑向布置的多層所述集成熱管，每層所述集成熱管沿著所述渦輪機和所述壓縮機的周向布置。
4.如權(quán)利要求3所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述集成熱管滿足如下尺寸關系中的至少一種：
5.如權(quán)利要求2-4中任一項所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，每個所述集成熱管包括多根毛細熱管，所述毛細熱管結(jié)合在一起并容納在所述集成熱管的外管中，所述毛細熱管包括：
6.如權(quán)利要求5所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述外管由金屬材料制成；和/或
7.如權(quán)利要求5所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，在所述毛細熱管中形成有毛細吸液芯，所述毛細吸液芯連接在所述蒸發(fā)部段和所述冷凝部段之間。
8.如權(quán)利要求7所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述毛細吸液芯形成為溝槽的形式。
9.如權(quán)利要求7所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，在所述毛細熱管中容納有相變工質(zhì)，所述相變工質(zhì)在所述蒸發(fā)部段從所述壓縮機吸收熱量而相變?yōu)闅鈶B(tài)，所述相變工質(zhì)在所述冷凝部段向所述渦輪機放熱而相變?yōu)橐簯B(tài)，液態(tài)的所述相變工質(zhì)在所述毛細吸液芯的作用下從所述冷凝部段移到所述蒸發(fā)部段。
10.如權(quán)利要求9所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述相變工質(zhì)為丙酮。