ES2913796T3 - Sistema de enfriamiento de aire de motor con dos etapas de enfriamiento y procedimiento correspondiente - Google Patents

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Abstract

Sistema de enfriamiento de aire, denominado aire bleed (de purga), extraído de un motor (6, 7) de una aeronave (9) durante la utilización del sistema, para alimentar de aire a temperatura controlada un primer y un segundo equipos (11, 21), caracterizado por que comprende: - un primer intercambiador térmico (10) de enfriamiento aire/aire adaptado para estar dispuesto en una primera zona (M) de la aeronave, comprendiendo dicho primer intercambiador térmico (10) un circuito primario (12) adaptado para estar alimentado por dicho aire bleed (de purga) y un circuito secundario (13), adaptado para estar alimentado por una primera fuente de aire frío (14), estando dichos circuitos primario y secundario (12, 13) configurados para poder asegurar unos intercambios térmicos entre el flujo de aire del circuito primario (12) y el flujo de aire del circuito secundario (13), para formar una primera etapa de enfriamiento del aire bleed (de purga) extraído del motor (6, 7), - un segundo intercambiador térmico (20) de enfriamiento de aire adaptado para estar dispuesto en una segunda zona (P) de la aeronave, comprendiendo dicho segundo intercambiador térmico (20) un circuito primario (22) adaptado para estar alimentado por el aire de salida del circuito primario (12) de dicha primera etapa de enfriamiento y un circuito secundario (23), adaptado para estar alimentado por una fuente de fluido frío (24), independiente de dicha primera fuente de aire frío (14), estando dichos circuitos (22, 23) configurados para poder asegurar unos intercambios térmicos entre el flujo de aire del circuito primario (22) y el flujo de fluido del circuito secundario (23), para formar una segunda etapa de enfriamiento del aire bleed (de purga) extraído del motor, alimentando dicho flujo de aire en la salida de esta segunda etapa de enfriamiento dicho segundo equipo (21), - una conducción de baipás (26) que se extiende entre un nodo (27) dispuesto entre el primer intercambiador térmico (10) y el segundo intercambiador térmico (20) y dicho segundo equipo (21), estando dicha conducción de baipás (26) equipada con un medio de control del caudal de aire (28) que circula en dicha conducción de baipás (26) para poder, al mando, alimentar directamente de aire enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento dicho segundo equipo (21), sin pasar por dicha segunda etapa de enfriamiento, - una conducción de derivación (16) que se extiende entre un nodo (17) dispuesto entre el primer intercambiador térmico (10) y el segundo intercambiador térmico (20) y dicho primer equipo (11), estando dicha conducción (16) equipada con un medio de control del caudal de aire que circula en dicha conducción de derivación para poder, al mando, alimentar de aire enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento dicho primer equipo (11), - una unidad de mando configurada para poder mandar dicho medio de regulación del caudal de aire que circula en dicha conducción de baipás y dicho medio de regulación del caudal de aire que circula en dicha conducción de derivación, de modo que el sistema presenta al menos los siguientes modos de funcionamiento: . un modo de funcionamiento, denominado normal, en el que dicho primer equipo y dicho segundo equipo están cada uno alimentados por el aire enfriado únicamente por dicha primera etapa de enfriamiento, . un modo de funcionamiento, denominado de respaldo, en el que dicho primer equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento y dicho segundo equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por dicha primera etapa de enfriamiento y por dicha segunda etapa de enfriamiento, . un modo de funcionamiento, denominado de emergencia, en el que dicho primer equipo no está alimentado de aire bleed (de purga) y dicho segundo equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por dicha primera etapa de enfriamiento y por dicha segunda etapa de enfriamiento.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de enfriamiento de aire de motor con dos etapas de enfriamiento y procedimiento correspondiente
1. Campo técnico de la invención
La invención se refiere a un sistema de enfriamiento de un aire a alta presión extraído de un motor de una aeronave. La invención se refiere, igualmente, a un procedimiento de enfriamiento de un aire a alta presión extraído de un motor de aeronave.
2. Antecedentes de la técnica
Se conoce que las aeronaves comprenden unos medios de extracción de un aire a alta presión, en concreto, de los motores de propulsión de la aeronave, que permiten proporcionar este aire a alta presión, más conocido bajo la denominación inglesa de aire bleed (de purga), a un sistema de aire. La denominación inglesa de aire bleed (de purga) se adopta en todo el texto que sigue.
Este sistema de aire tiene como función proporcionar un aire a presión y/o temperatura controladas a al menos un equipo que necesita un aire acondicionado de este tipo en el transcurso de al menos una de las fases de vuelo de la aeronave.
Un equipo de este tipo es, por ejemplo, un sistema de control ambiental de una cabina de una aeronave, más conocido bajo el acrónimo ECS para la denominación inglesa "Environmental Control System" ("Sistema de control ambiental") que está destinado a proporcionar a la cabina de aeronave (que designa, de manera general, cualquier espacio interior de la aeronave cuya presión y/o temperatura debe estar controlada, tal como una cabina para pasajeros, el habitáculo de pilotaje, una bodega, etc.) un aire a presión y/o temperatura controladas.
Un equipo de este tipo puede ser, igualmente, un dispositivo de protección contra la formación de hielo de las alas, más conocido bajo el acrónimo inglés WIPS para Wing Ice Protection System (Sistema de protección contra el hielo en las alas) o un dispositivo de alimentación de aire de un sistema de inertización de los tanques de combustible.
El aire bleed (de purga) se extrae, en general, ya sea desde un motor de propulsión de una aeronave, ya sea desde un grupo auxiliar de potencia, más conocido bajo la denominación inglesa APU, para Auxiliary Power Unit ("Unidad de potencia auxiliar,), incluso desde un sistema de alta presión a bordo de un carro en tierra para las maniobras en tierra de la aeronave.
Un aire bleed (de purga) es, por lo tanto, en el sentido de la invención, un aire que proviene directamente del dispositivo de extracción de aire, es decir, en general, de un compresor de un motor de propulsión de la aeronave o de un compresor de una unidad auxiliar de potencia. Este aire bleed (de purga) es, por lo tanto, un aire que proviene directamente de este dispositivo de extracción antes de cualquier tratamiento por la turbomáquina de ciclo de aire de un sistema de acondicionamiento de aire.
Se conoce que este aire bleed (de purga) extraído de los motores de la aeronave se enfría por un intercambiador térmico aire/aire, más conocido bajo la terminología inglesa de precooler (preenfriador), que se adopta en todo el texto que sigue.
Este precooler (preenfriador) comprende, en general, un circuito caliente y un circuito frío transversal, configurados para poder asegurar unos intercambios térmicos entre el flujo de aire bleed (de purga) vehiculado por el circuito caliente (también designado, a continuación, por el pase caliente o pase primario) y el flujo de aire frío vehiculado por el circuito frío (también designado, a continuación, por el pase frío o pase secundario).
El circuito frío está alimentado, en general, por un flujo de aire extraído de la fluencia secundaria del motor, conocido bajo la denominación de fan air (aire de ventilador), cuya temperatura está cercana al entorno exterior de la aeronave y que, por lo tanto, puede alcanzar en vuelo unas temperaturas del orden de -50 °C y una presión del orden de 60 kPa (600 mbar).
El pase frío está equipado con una válvula de regulación que permite controlar el caudal de aire frío para poder pilotar la temperatura de salida del pase caliente en función de la temperatura del aire bleed (de purga) extraído del motor que depende del régimen de funcionamiento del motor.
En general, el pilotaje de precooler (preenfriador) permite proporcionar un aire en la salida del circuito caliente que presenta una temperatura comprendida entre 200 °C y 250 °C para un aire en la entrada que puede alcanzar unas temperaturas del orden de 600 °C y una presión del orden de 4.000 kPa (40 bar).
Este precooler (preenfriador) está dispuesto en el entorno de motor y, por lo tanto, experimenta unas restricciones vibratorias, térmicas y mecánicas importantes.
El volumen del intercambiador térmico está dictado por las necesidades de potencia de intercambio térmico y las características de las fuentes y conductos de alimentación de aire caliente y de aire frío.
Los diferenciales de presión y de temperatura entre los pases caliente y frío imponen, además, la utilización de materiales que presentan unas características mecánicas compatibles con las altas temperaturas mencionadas anteriormente, tales como el acero.
Por lo tanto, los precoolers (preenfriadores) son unos órganos indispensables, pesados y de ocupación, lo que impacta significativamente en las prestaciones energéticas de la aeronave.
Por lo tanto, existe una necesidad de disponer de una nueva solución que permita enfriar el aire a alta presión extraído de los motores de una aeronave, en particular, de los motores de propulsión, limitando al mismo tiempo al máximo la ocupación y el peso de un sistema de enfriamiento de este tipo.
Los documentos de los Estados Unidos US2007/266695 A1, US6457318 B1 y US3177679 A divulgan unos sistemas conocidos de la técnica anterior.
3. Objetivos de la invención
La invención tiene como propósito proporcionar un sistema de enfriamiento de aire bleed (de purga) que mitiga al menos algunos de los inconvenientes de las soluciones conocidas.
La invención tiene como propósito, en particular, proporcionar, en al menos un modo de realización, un sistema de enfriamiento de aire bleed (de purga) que presenta una ocupación reducida con respecto a las soluciones anteriores.
La invención también tiene como propósito proporcionar, en al menos un modo de realización, un sistema de enfriamiento de aire bleed (de purga) que permite reducir la extracción de aire fresco de la etapa de fan (ventilador) del motor.
La invención también tiene como propósito proporcionar, en al menos un modo de realización, un sistema de enfriamiento de aire bleed (de purga) que pueda adaptarse a diferentes arquitecturas, en particular, en unos entornos exiguos y complejos.
La invención también tiene como propósito proporcionar un procedimiento de enfriamiento de aire bleed (de purga) que puede implementarse por un sistema según la invención.
La invención también tiene como propósito proporcionar una aeronave equipada con un sistema de enfriamiento según la invención.
4. Exposición de la invención
Para hacer esto, la invención se refiere a un sistema de enfriamiento de aire, denominado aire bleed (de purga), extraído de un motor de una aeronave para alimentar de aire a temperatura controlada un primer y un segundo equipos.
Un sistema según la invención está caracterizado por que comprende:
- un primer intercambiador térmico de enfriamiento aire/aire adaptado para estar dispuesto en una primera zona de la aeronave (por ejemplo, la zona de motor), comprendiendo dicho primer intercambiador un circuito primario adaptado para estar alimentado por dicho aire bleed (de purga) y un circuito secundario, adaptado para estar alimentado por una primera fuente de aire frío, estando dichos circuitos configurados para poder asegurar unos intercambios térmicos entre el flujo de aire del circuito primario y el flujo de aire del circuito secundario, para formar una primera etapa de enfriamiento del aire bleed (de purga) extraído del motor,
- un segundo intercambiador térmico de enfriamiento de aire adaptado para estar dispuesto en una segunda zona de la aeronave (por ejemplo, en la zona de poste), comprendiendo dicho segundo intercambiador un circuito primario adaptado para estar alimentado por el aire procedente del circuito primario de dicha primera etapa de enfriamiento y un circuito secundario, adaptado para estar alimentado por una fuente de fluido frío, independiente de dicha primera fuente de aire frío, estando dichos circuitos configurados para poder asegurar unos intercambios térmicos entre el flujo de aire del circuito primario y el flujo de fluido del circuito secundario, para formar una segunda etapa de enfriamiento del aire bleed (de purga) extraído del motor, alimentando dicho flujo de aire en la salida de esta segunda etapa de enfriamiento dicho segundo equipo,
- una conducción de circunvalación, denominada conducción de baipás que se extiende entre un nodo dispuesto entre el primer intercambiador térmico y el segundo intercambiador térmico y dicho segundo equipo, estando dicha conducción equipada con un medio de control del caudal de aire que circula en dicha conducción de baipás para poder, al mando, alimentar directamente de aire enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento dicho segundo equipo, sin pasar por dicha segunda etapa de enfriamiento,
- una conducción de derivación que se extiende entre un nodo dispuesto entre el primer intercambiador térmico y el segundo intercambiador térmico y dicho primer equipo, estando dicha conducción equipada con un medio de control del caudal de aire que circula en dicha conducción de derivación para poder, al mando, alimentar de aire enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento dicho primer equipo,
- una unidad de mando configurada para poder mandar dicho medio de regulación del caudal de aire que circula en dicha conducción de baipás y dicho medio de regulación del caudal de aire que circula en dicha conducción de derivación, de modo que el sistema presenta al menos los siguientes modos de funcionamiento:
o un modo de funcionamiento, denominado normal, en el que dicho primer equipo y dicho segundo equipo están cada uno alimentados por el aire enfriado únicamente por dicha primera etapa de enfriamiento, o un modo de funcionamiento, denominado de respaldo, en el que dicho primer equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento y dicho segundo equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por dicha primera etapa de enfriamiento y por dicha segunda etapa de enfriamiento,
o un modo de funcionamiento, denominado de emergencia, en el que dicho primer equipo no está alimentado de aire bleed (de purga) y dicho segundo equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por dicha primera etapa de enfriamiento y por dicha segunda etapa de enfriamiento.
Por lo tanto, un sistema de enfriamiento de un aire bleed (de purga) según la invención comprende dos intercambiadores térmicos de enfriamiento de aire, también designados, a continuación, por el término inglés de precooler (preenfriador), dispuestos respectivamente en una primera y una segunda zona de la aeronave. En el caso de un enfriamiento de un aire bleed (de purga) extraído de un motor de propulsión de la aeronave, el precooler (preenfriador) de la primera etapa de enfriamiento está, por ejemplo, alojado en la góndola del motor de propulsión (que forma, entonces, la primera zona de la aeronave en el sentido de la invención) y el precooler (preenfriador) de la segunda etapa de enfriamiento está, por ejemplo, alojado en el poste (o mástil) del motor de la aeronave (que forma, entonces, la segunda zona de la aeronave en el sentido de la invención), que conecta el motor a las alas o al fuselaje de la aeronave. El precooler (preenfriador) de la segunda etapa puede, igualmente, estar alojado ventajosamente en el vientre blando de la aeronave o dentro de un vano no presurizado del fuselaje de la aeronave.
Según algunos modos de realización (que dependen de las características de la aeronave), dicha primera zona de la aeronave está formada por la combinación de una zona de motor (o góndola) de la aeronave y de la zona de poste de este motor, de modo que el primer intercambiador térmico puede, en estos modos de realización, extenderse a horcajadas sobre las zonas de motor y de poste.
Según algunos modos de realización, las primera y segunda zonas pueden estar formadas, igualmente, por una misma zona de la aeronave, por ejemplo, la zona de poste del motor de la aeronave, que aloja, entonces, a la vez el primer intercambiador térmico y el segundo intercambiador térmico de un sistema según la invención.
Según otros modos de realización, las primera y segunda zonas son unas zonas distintas de la aeronave.
El sistema según la invención comprende, por lo tanto, dos precoolers (preenfriadores) dispuestos en serie en el pase caliente del sistema de aire, lo que permite reducir la ocupación y el peso del precooler (preenfriador) de la primera etapa de enfriamiento y facilita su integración en dicha primera zona de la aeronave, que es, por ejemplo, la zona de motor. El complemento de enfriamiento está asegurado por el precooler (preenfriador) de la segunda etapa que puede estar deportado en una zona menos crítica en términos de volumen o de peso, por ejemplo, la zona de poste.
Además, cada etapa de enfriamiento está alimentada por una fuente de aire o de fluido frío independiente.
Ventajosamente y según la invención, la primera fuente de aire frío está formada por un aire extraído de una fluencia secundaria del motor, denominado aire de fan (de ventilador).
La fuente de fluido frío de la segunda etapa puede ser una fuente de aire, una fuente líquida o una fuente de gas refrigerante.
Siendo esto así, ventajosamente y según la invención, la segunda fuente de fluido frío está formada por un aire a la presión dinámica, denominado aire RAM, extraído desde una toma de aire exterior.
Un sistema de la invención permite limitar la extracción de aire frío de la fluencia secundaria del motor. En particular, la extracción de la fluencia secundaria del motor está limitada a la primera etapa de enfriamiento. El precooler (preenfriador) de la segunda etapa de enfriamiento está ventajosamente dispuesto en la vecindad de una toma de aire dinámica que hace la función de segunda fuente de aire frío.
Un sistema según la invención permite, además, alimentar, según las fases de vuelo de la aeronave y en función de los mandos aplicados a los medios de control de caudal de aire de la conducción de baipás y de la conducción de derivación, los siguientes equipos:
- el primer equipo directamente con aire enfriado únicamente por la primera etapa de enfriamiento (por mediación de la conducción de derivación)
- el segundo equipo directamente con aire enfriado únicamente por la primera etapa de enfriamiento (por mediación de la conducción de baipás)
- el segundo equipo por un aire enfriado a la vez por la primera etapa y la segunda etapa de enfriamiento.
Por lo tanto, un sistema según la invención puede estar mandado (por mediación de los medios de control de los caudales de aire de la conducción de baipás y de la conducción de derivación) para que, en funcionamiento normal, la segunda etapa de enfriamiento no se utilice, de modo que el primer y el segundo equipos están cada uno alimentados por el aire enfriado únicamente por la primera etapa de enfriamiento y funcionan, por lo tanto, cada uno a la misma temperatura.
En caso de avería, los equipos pueden solicitar un exceso de caudal de aire que no permite mantener la misma temperatura en la salida de la primera etapa de enfriamiento. Ventajosamente, el primer equipo está dimensionado para ser compatible con un funcionamiento a esta temperatura más elevada en caso de avería. En caso de avería, se activa, entonces, la segunda etapa de enfriamiento para poder proporcionar el complemento de enfriamiento que permite proporcionar al segundo equipo un aire a la misma temperatura que en funcionamiento normal del sistema. El primer equipo está alimentado por el aire proporcionado por la primera etapa de enfriamiento, dado que se ha dimensionado para poder funcionar a este nivel de temperatura.
El sistema puede estar mandado, igualmente, de modo que, en caso de avería, se proporciona un enfriamiento suplementario al segundo equipo por mediación de una desactivación del primer equipo, de modo que la primera etapa de enfriamiento y la segunda etapa de enfriamiento alimentan cada una el segundo equipo de aire. Esta configuración se puede utilizar, por ejemplo, en una fase de transición o una fase de fin de vuelo.
La temperatura del aire se puede regular en serie en el pase frío o en derivación en el pase caliente.
En todo el texto, la terminología "unidad de mando" de los medios de regulación del caudal de aire que circula en la conducción de baipás y en la conducción de derivación se entiende como medios de mando. En particular, estos medios de mando pueden estar integrados dentro de una sola y misma entidad de mando, pero pueden estar formados, igualmente, por una pluralidad de entidades disjuntas que forman conjuntamente dicha unidad de mando.
Ventajosamente y según la invención, el primer intercambiador térmico es un intercambiador cilíndrico de enfriamiento aire/aire encastrado en una conducción cilíndrica de circulación de aire bleed (de purga) adaptada para conectar dicho motor y al menos un equipo.
Un primer intercambiador térmico cilíndrico (también calificado como tubular) permite su alojamiento en una conducción cilíndrica preexistente, lo que limita muy fuertemente el espacio utilizado por un intercambiador térmico de este tipo (por ejemplo, en el marco de una disposición del primer intercambiador en el entorno de motor). En efecto, la conducción de circulación de aire bleed (de purga) que conecta el motor y un equipo es necesaria en todos los sistemas. Por lo tanto, la invención aprovecha esta conducción preexistente para alojar ahí el primer intercambiador térmico. En otros términos, la invención prevé funcionalizar una conducción de circulación de aire bleed (de purga) alojando ahí el primer intercambiador térmico y confiriendo, de este modo, a esta conducción una funcionalidad suplementaria de primera etapa de enfriamiento.
Un intercambiador térmico de un sistema según la invención puede fabricarse de "Inconel®" o de Carburo de Silicio (o Carburo de Silicona).
Un intercambiador de Carburo de Silicio permite reducir el peso del intercambiador y participa, por lo tanto, en la reducción del consumo energético de la aeronave equipada con un sistema según esta variante.
Un sistema según la invención puede alimentar de aire cualquier tipo de equipos que necesiten un aire a presión y temperatura controladas.
Ventajosamente y según la invención, el primer equipo es un dispositivo de protección contra la formación de hielo de las alas, más conocido bajo el acrónimo inglés WIPS para Wing Ice Protection System (Sistema de protección contra el hielo en las alas) o un dispositivo de alimentación de aire de un sistema de inertización de los tanques de combustible.
Ventajosamente y según la invención, dicho segundo equipo es un paquete de acondicionamiento de aire de un sistema de control ambiental de una cabina de la aeronave.
La invención se refiere, igualmente, a una aeronave que comprende al menos un motor de propulsión y al menos dos equipos adaptados para estar alimentados de aire a temperatura controlada.
Una aeronave según la invención está caracterizada por que comprende, además, al menos un sistema de enfriamiento de aire extraído de dicho motor de propulsión según la invención.
Las ventajas de un sistema según la invención se aplican mutatis mutandis a una aeronave según la invención. La invención se refiere, igualmente, a un procedimiento de enfriamiento de un aire, denominado aire bleed (de purga), extraído de un motor de una aeronave para alimentar de aire a temperatura controlada un primer y un segundo equipos.
El procedimiento según la invención está caracterizado por que comprende:
- un primer paso de enfriamiento del aire bleed (de purga) por un primer intercambiador térmico de enfriamiento aire/aire dispuesto en una primera zona de una aeronave (por ejemplo, la zona de motor), por medio de una primera fuente de aire frío,
- un segundo paso de enfriamiento del aire bleed (de purga) en la salida del primer intercambiador térmico por un segundo intercambiador térmico de enfriamiento aire/aire dispuesto en una segunda zona de la aeronave (por ejemplo, en la zona de poste), por medio de una segunda fuente de fluido frío, independiente de dicha primera fuente de aire frío, alimentando dicho flujo de aire en la salida de este segundo intercambiador térmico dicho segundo equipo,
- un paso de mando de un modo de funcionamiento elegido de entre:
o un modo de funcionamiento, denominado normal, en el que dicho primer equipo y dicho segundo equipo están cada uno alimentados por el aire enfriado únicamente por dicha primera etapa de enfriamiento,
o un modo de funcionamiento, denominado de respaldo, en el que dicho primer equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento y dicho segundo equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por dicha primera etapa de enfriamiento y por dicha segunda etapa de enfriamiento,
o un modo de funcionamiento, denominado de emergencia, en el que dicho primer equipo no está alimentado de aire bleed (de purga) y dicho segundo equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por dicha primera etapa de enfriamiento y por dicha segunda etapa de enfriamiento.
Un procedimiento según la invención se implementa ventajosamente por un sistema según la invención y un sistema según la invención implementa ventajosamente un procedimiento según la invención.
La invención se refiere, igualmente, a un sistema y a un procedimiento de enfriamiento caracterizados en combinación por todo o parte de las características mencionadas más arriba o a continuación.
5. Lista de las figuras
Otras finalidades, características y ventajas de la invención aparecerán a la lectura de la siguiente descripción dada a título únicamente no limitativo y que hace referencia a las figuras adjuntas en las que:
- la figura 1 es una vista esquemática de un sistema según un modo de realización de la invención que implementa un procedimiento según un modo de realización de la invención,
- la figura 2 es una vista esquemática de un intercambiador térmico de un sistema de enfriamiento según un modo de realización de la invención,
- la figura 3 es una vista esquemática más detallada del sistema de la figura 1,
- la figura 4 es una vista esquemática de una aeronave según un modo de realización de la invención equipada con un sistema de enfriamiento según un modo de realización de la invención.
6. Descripción detallada de un modo de realización de la invención
En las figuras, las escalas y las proporciones no se respetan estrictamente y esto, con unos fines de ilustración y de claridad.
Una aeronave 9 según la invención comprende, tal como se representa esquemáticamente en la figura 4, unos motores principales 6, 7 dedicados a la propulsión de la aeronave que comprenden cada uno un compresor y una turbina no representados en la figura.
La aeronave comprende, además, al menos un sistema de enfriamiento del aire bleed (de purga) extraído del compresor de un motor principal destinado a alimentar de aire a temperatura controlada unos equipos 11, 21.
Estos equipos 11, 21 pueden ser de cualesquiera tipos.
Por ejemplo, y tal como se representa en la figura 3, el equipo 11 es un dispositivo de protección contra la formación de hielo de las alas, más conocido bajo el acrónimo inglés WIPS para Wing Ice Protection System (Sistema de protección contra el hielo en las alas) y el equipo 21 es un paquete de acondicionamiento (o sistema de control ambiental de una cabina de la aeronave más conocido bajo el acrónimo ECS para la denominación inglesa Environnemental Control System, Sistema de control ambiental). Un paquete ECS de este tipo está configurado para acondicionar el aire proporcionado por el sistema de enfriamiento de aire bleed (de purga) según la invención. Un sistema de este tipo comprende de manera conocida al menos un intercambiador térmico aire/aire, conocido bajo el acrónimo inglés PHX para Primary Heat Exchanger (Intercambiador térmico primario), que tiene como objetivo enfriar el aire en la entrada de paquete ECS (que es el flujo de aire en la salida de la segunda etapa de enfriamiento en el marco de la invención). El paquete ECS 21 comprende, igualmente, una turbomáquina de ciclo de aire (más conocida bajo el acrónimo inglés ACM para Air Cycle Machine (Máquina de ciclo de aire) que comprende al menos un compresor que tiene como función comprimir el aire en la salida del intercambiador PHX. El paquete ECS comprende, igualmente, un segundo intercambiador térmico aire/aire, más conocido bajo el acrónimo inglés MHX para Main Heat Exchanger (Intercambiador térmico principal) que tiene como objetivo enfriar el aire en la salida de compresor. Los circuitos de aire frío de los intercambiadores p Hx y MHX están, en general, formados por un aire a presión dinámica extraído en el exterior. El paquete ECS comprende, igualmente, un bucle de sustracción de agua destinado a deshumidificar el aire antes de su inyección en la turbina de la turbomáquina de ciclo de aire ACM para ser expandido y distribuido hacia una cámara de mezcla conectada a la cabina.
En otros términos, un sistema según la invención cuyo equipo 21 es un paquete ECS comprende al menos tres intercambiadores térmicos en serie en el circuito de aire bleed (de purga) extraído del motor de la aeronave aguas arriba de la turbomáquina de ciclo de aire: el intercambiador térmico 10 de la primera etapa de enfriamiento, el intercambiador térmico 20 de la segunda etapa de enfriamiento y el intercambiador PHX en la entrada del paquete ECS.
Según otros modos de realización, uno de los equipos alimentados de aire por el sistema de enfriamiento de aire según la invención puede ser un dispositivo de alimentación de aire de un sistema de inertización de los tanques de combustible.
Preferentemente, la aeronave comprende un sistema de enfriamiento para cada motor principal 6, 7 dedicado a la propulsión.
En toda la continuación, describimos el sistema de enfriamiento en relación con el motor de propulsión 6, entendiéndose que el sistema de enfriamiento del aire bleed (de purga) extraído del otro motor de propulsión 7 puede presentar una arquitectura y un funcionamiento idéntico al sistema descrito en relación con el motor de propulsión 6.
El sistema de enfriamiento del aire bleed (de purga) extraído del motor de propulsión 6 comprende, tal como se representa esquemáticamente en las figuras 1 y 3, dos intercambiadores térmicos 10, 20, que forman cada uno una etapa de enfriamiento del aire bleed (de purga) extraído del motor de la aeronave.
En las figuras 1 y 3, las flechas en trazos continuos representan los flujos calientes primarios y las flechas en trazos discontinuos representan los flujos fríos secundarios.
El primer intercambiador térmico 10, también designado por el término inglés de precooler (preenfriador) de la primera etapa de enfriamiento está dispuesto en zona de motor, por ejemplo, en la góndola 10a del motor, tal como se representa en la figura 4. El segundo intercambiador térmico 20, también designado por el término inglés de precooler (preenfriador), está dispuesto en la zona del mástil 6b del motor de propulsión. Según otros modos de realización, el segundo intercambiador puede estar dispuesto en el vientre blando de la aeronave o en un vano no presurizado de la aeronave.
El primer intercambiador térmico 10 comprende un circuito primario 12 alimentado de aire por el aire bleed (de purga) extraído del motor 6 de la aeronave y un circuito secundario 13 alimentado de aire por el aire de fan (de ventilador) 14 del motor de propulsión, que forma la fuente de aire frío de la primera etapa de enfriamiento.
Preferentemente, el circuito secundario 12 está equipado con una válvula de regulación 19 del caudal de aire que circula en el circuito secundario, lo que permite regular los intercambios térmicos entre el circuito caliente 12 y el circuito frío 13 y, por lo tanto, regular la temperatura del flujo de aire del circuito caliente en la salida del intercambiador térmico 10. Además, el circuito primario 12 está preferentemente equipado con una válvula de regulación 18 del flujo de aire bleed (de purga) dirigido al intercambiador térmico 10. Esta válvula de regulación 18 es preferentemente a la vez una válvula de regulación y una válvula de detención mandada, que permite aislar el motor de propulsión del sistema de aire en caso de necesidad.
El segundo intercambiador térmico 20 comprende, igualmente, un circuito primario 22 alimentado de aire por el aire bleed (de purga) enfriado por el primer intercambiador térmico 10. En otros términos, la entrada del segundo intercambiador térmico 20 está conectada a la salida del primer intercambiador térmico 10. El intercambiador térmico 20 comprende, igualmente, un circuito secundario 23 alimentado de aire por un aire extraído de una toma de aire a presión dinámica RAM 24.
El segundo intercambiador comprende, además, de manera conocida y tal como se representa en la figura 2, una carcasa paralelepipédica 25 en la que el circuito primario 22 y el circuito secundario 23 se cruzan al nivel de aletas metálicas 41 alojadas en la carcasa 25 y configuradas para permitir unos intercambios térmicos entre el flujo de aire del circuito primario 22 y el flujo de aire del circuito secundario 23, de manera que el flujo de aire secundario 23, que es un flujo de aire frío, pueda enfriar el flujo de aire primario, que es un flujo de aire caliente (pero que ya ha experimentado un primer enfriamiento por el primer intercambiador térmico 10 del sistema de enfriamiento) procedente de la primera etapa de enfriamiento. El flujo de aire del circuito primario alimenta, entonces, el equipo 21.
El intercambiador térmico representado en la figura 2 presenta una boca de entrada de aire del circuito primario 22 que está acodada para facilitar la instalación del intercambiador en una zona ocupada. Según otros modos de realización, esta boca de entrada puede ser recta y colineal a la boca de salida.
El intercambiador térmico 10 puede presentar una arquitectura similar a la del intercambiador térmico 20, tal como se representa en la figura 2, pero puede presentar, igualmente, una arquitectura y/o una forma diferente según otros modos de realización. Sea la que sea la arquitectura del intercambiador térmico 10, el circuito primario 12 y el circuito secundario 13 están configurados para poder asegurar unos intercambios térmicos, dentro del intercambiador térmico, entre el flujo de aire del circuito primario, que es un flujo de aire caliente bleed (de purga) extraído del motor de propulsión 6 y el flujo de aire del circuito secundario, que es un flujo de aire frío extraído de la fluencia secundaria del motor de propulsión 6, de manera que el flujo de aire secundario 13, pueda enfriar el flujo de aire primario.
Las dimensiones y capacidades de enfriamiento de cada uno de los intercambiadores están definidas en función de las características y especificaciones de los equipos que alimentan.
Cada intercambiador de calor aire/aire permite una transferencia de calor entre su circuito primario y su circuito secundario, según la diferencia de temperatura de los flujos de aire (o de fluido) que circulan respectivamente en cada uno de estos dos circuitos.
Igualmente, el sistema de enfriamiento comprende preferentemente una conducción de baipás 26 que se extiende entre un nodo 27 dispuesto entre el primer intercambiador térmico 10 y el segundo intercambiador térmico 20 y el segundo equipo 21.
Esta conducción de baipás 26 está equipada con un medio de control del caudal de aire que circula en la conducción de baipás 26. Este medio de control del caudal de aire es, por ejemplo, una válvula de regulación 28 de caudal, que puede ser de cualquier tipo. El mando de esta válvula de regulación 28 de caudal de aire permite alimentar directamente de aire enfriado por el primer intercambiador térmico 10 el segundo equipo 21, sin pasar por el segundo intercambiador térmico 20.
Igualmente, el sistema de enfriamiento comprende preferentemente una conducción de derivación 16 que se extiende entre un nodo 17 dispuesto entre el primer intercambiador térmico 10 y el segundo intercambiador térmico 20 y el primer equipo 11.
Esta conducción de derivación 16 está equipada con un medio de control del caudal de aire que circula en la conducción de derivación 16 para poder, al mando, alimentar de aire enfriado por el primer intercambiador térmico 10 el primer equipo 11. Este medio de control del caudal de aire es, por ejemplo, una válvula de regulación de caudal de aire, no representado en las figuras.
Preferentemente, el sistema comprende, igualmente, una unidad de mando, no representada en las figuras con unos fines de claridad, que está configurada para poder mandar las válvulas de regulación de caudal de la conducción de derivación 16 y de la conducción de baipás 26, de modo que el sistema presenta al menos los siguientes modos de funcionamiento:
- un modo de funcionamiento, denominado normal, en el que el primer equipo 11 y el segundo equipo 21 están cada uno alimentados por el aire enfriado únicamente por el primer intercambiador térmico 10
- un modo de funcionamiento, denominado de respaldo, en el que el primer equipo 11 está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado por el primer intercambiador térmico 10 y el segundo equipo 21 está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por el primer intercambiador térmico 10 y por el segundo intercambiador térmico 20, - un modo de funcionamiento, denominado de emergencia, en el que al primer equipo 11 no está alimentado de aire bleed (de purga) y el segundo equipo 21 está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por el primer intercambiador térmico 10 y por el segundo intercambiador térmico.
Según un modo de realización, el nodo 17 y el nodo 27 formados entre el primer intercambiador térmico 10 y el segundo intercambiador térmico 20 son un mismo y único nodo.
Igualmente, el sistema de aire comprende preferentemente una válvula de conexión 41 del sistema de aire del motor de propulsión 6 al sistema de aire de otro motor de propulsión 7. Una válvula 41 de este tipo permite conectar conjuntamente dos sistemas de aire de dos motores distintos, de manera que un sistema pueda suplantar a otro sistema en caso de avería de este último.
En la figura 3, la zona M designa la zona de motor, la zona P designa la zona de poste del motor y la zona B designa la zona de un vano de equipos de la aeronave. Como se ha indicado anteriormente, la zona de motor M puede corresponder a la góndola del motor de propulsión y la zona de poste P puede corresponder a la zona de poste del motor de propulsión.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de enfriamiento de aire, denominado aire bleed (de purga), extraído de un motor (6, 7) de una aeronave (9) durante la utilización del sistema, para alimentar de aire a temperatura controlada un primer y un segundo equipos (11,21), caracterizado por que comprende:
- un primer intercambiador térmico (10) de enfriamiento aire/aire adaptado para estar dispuesto en una primera zona (M) de la aeronave, comprendiendo dicho primer intercambiador térmico (10) un circuito primario (12) adaptado para estar alimentado por dicho aire bleed (de purga) y un circuito secundario (13), adaptado para estar alimentado por una primera fuente de aire frío (14), estando dichos circuitos primario y secundario (12, 13) configurados para poder asegurar unos intercambios térmicos entre el flujo de aire del circuito primario (12) y el flujo de aire del circuito secundario (13), para formar una primera etapa de enfriamiento del aire bleed (de purga) extraído del motor (6, 7),
- un segundo intercambiador térmico (20) de enfriamiento de aire adaptado para estar dispuesto en una segunda zona (P) de la aeronave, comprendiendo dicho segundo intercambiador térmico (20) un circuito primario (22) adaptado para estar alimentado por el aire de salida del circuito primario (12) de dicha primera etapa de enfriamiento y un circuito secundario (23), adaptado para estar alimentado por una fuente de fluido frío (24), independiente de dicha primera fuente de aire frío (14), estando dichos circuitos (22, 23) configurados para poder asegurar unos intercambios térmicos entre el flujo de aire del circuito primario (22) y el flujo de fluido del circuito secundario (23), para formar una segunda etapa de enfriamiento del aire bleed (de purga) extraído del motor, alimentando dicho flujo de aire en la salida de esta segunda etapa de enfriamiento dicho segundo equipo (21), - una conducción de baipás (26) que se extiende entre un nodo (27) dispuesto entre el primer intercambiador térmico (10) y el segundo intercambiador térmico (20) y dicho segundo equipo (21), estando dicha conducción de baipás (26) equipada con un medio de control del caudal de aire (28) que circula en dicha conducción de baipás (26) para poder, al mando, alimentar directamente de aire enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento dicho segundo equipo (21), sin pasar por dicha segunda etapa de enfriamiento,
- una conducción de derivación (16) que se extiende entre un nodo (17) dispuesto entre el primer intercambiador térmico (10) y el segundo intercambiador térmico (20) y dicho primer equipo (11), estando dicha conducción (16) equipada con un medio de control del caudal de aire que circula en dicha conducción de derivación para poder, al mando, alimentar de aire enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento dicho primer equipo (11),
- una unidad de mando configurada para poder mandar dicho medio de regulación del caudal de aire que circula en dicha conducción de baipás y dicho medio de regulación del caudal de aire que circula en dicha conducción de derivación, de modo que el sistema presenta al menos los siguientes modos de funcionamiento:
. un modo de funcionamiento, denominado normal, en el que dicho primer equipo y dicho segundo equipo están cada uno alimentados por el aire enfriado únicamente por dicha primera etapa de enfriamiento,
. un modo de funcionamiento, denominado de respaldo, en el que dicho primer equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento y dicho segundo equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por dicha primera etapa de enfriamiento y por dicha segunda etapa de enfriamiento,
. un modo de funcionamiento, denominado de emergencia, en el que dicho primer equipo no está alimentado de aire bleed (de purga) y dicho segundo equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por dicha primera etapa de enfriamiento y por dicha segunda etapa de enfriamiento.
2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho segundo intercambiador térmico (20) está adaptado para estar dispuesto en zona del poste (6b, P) del motor de la aeronave, del vientre blando de la aeronave o de un vano no presurizado del fuselaje de la aeronave.
3. Sistema según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que dicha primera fuente de aire frío (14) está formada por un aire extraído de una fluencia secundaria de un motor de propulsión (6, 7), denominado aire de fan (de ventilador).
4. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que dicha segunda fuente de aire frío (24) está formada por un aire a la presión dinámica, denominado aire RAM, extraído desde una toma de aire exterior.
5. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dicho primer intercambiador térmico (10) es un intercambiador cilíndrico de enfriamiento aire/aire encastrado en una conducción tubular de circulación de aire bleed (de purga) adaptada para conectar dicho motor (5, 6) y dicho segundo intercambiador térmico (20).
6. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que al menos un intercambiador (10, 20) está formado de Carburo de Silicio.
7. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que dicho segundo equipo (21) es un paquete de acondicionamiento de aire de un sistema de control ambiental de una cabina de la aeronave.
8. Aeronave que comprende al menos un motor de propulsión (6, 7) y al menos dos equipos (11, 12) adaptados para estar alimentados de aire a temperatura controlada, caracterizada por que comprende, además, al menos un sistema de enfriamiento de aire, denominado aire bleed (de purga), extraído de dicho motor de propulsión (6, 7) para alimentar de aire dichos primer y segundo equipos (11, 12) según una de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Procedimiento de enfriamiento de un aire, denominado aire bleed (de purga), extraído de un motor (6, 7) de una aeronave (9) para alimentar de aire a temperatura controlada un primer y un segundo equipos (11,21), caracterizado por que comprende:
- un primer paso de enfriamiento del aire bleed (de purga) por un primer intercambiador térmico (10) de enfriamiento aire/aire dispuesto en una primera zona de la aeronave, por medio de una primera fuente de aire frío (14), que forma una primera etapa de enfriamiento,
- un segundo paso de enfriamiento del aire bleed (de purga) en la salida del primer intercambiador térmico (10) por un segundo intercambiador térmico (20) de enfriamiento de aire dispuesto en una segunda zona de la aeronave, por medio de una segunda fuente de fluido frío (24), independiente de dicha primera fuente de aire frío (14), alimentando dicho flujo de aire en la salida de este segundo intercambiador térmico dicho segundo equipo (21), que forma una segunda etapa de enfriamiento,
- un paso de mando de un modo de funcionamiento elegido de entre:
. un modo de funcionamiento, denominado normal, en el que dicho primer equipo y dicho segundo equipo están cada uno alimentados por el aire enfriado únicamente por dicha primera etapa de enfriamiento,
. un modo de funcionamiento, denominado de respaldo, en el que dicho primer equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado por dicha primera etapa de enfriamiento y dicho segundo equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por dicha primera etapa de enfriamiento y por dicha segunda etapa de enfriamiento,
. un modo de funcionamiento, denominado de emergencia, en el que dicho primer equipo no está alimentado de aire bleed (de purga) y dicho segundo equipo está alimentado de aire bleed (de purga) enfriado a la vez por dicha primera etapa de enfriamiento y por dicha segunda etapa de enfriamiento.
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