用于飞行器液压系统的热平衡和传输的系统及方法

摘要

本发明涉及用于飞行器液压系统的热平衡和传输的系统及方法，具体提供了一种热管理系统。所述热管理系统包括第一液压系统，用于循环在第一温度下的第一液压液体；第二液压系统，用于循环在比所述第一温度更高的第二温度下的第二液压液体；以及热交换器，将所述第一液压系统耦接至所述第二液压系统，其中，所述热交换器被配置为在所述第一液压液体与所述第二液压液体之间交换热量。

说明书

技术领域

本公开总体上涉及热管理，且更具体地，涉及用于在飞行器内的液压 系统之中平衡和传输热量的系统和方法。

背景技术

在至少一些已知的飞行器中，来自一个或多个液压系统的热量通过位 于油箱内部的热交换器被散布进燃料(fuel)。其他已知飞行器没有液压系 统热交换器，且当外部环境温度在预定阈值之上时通过约束和限制该飞行 器的运行来解决(address)液压液体发热。此外，一些已知的飞行器包括 恒温控制，以选择性地使液压液体绕过热交换器，从而当外部环境温度在 预定阈值之下时，保持热量并减小液压线路的压力损耗。此外，一些已知 的飞行器使用液压系统的循环流来控制液压液体的温度。更具体地，在这 种飞行器中，液压小孔阀(orifice valves，阻尼阀)被安装在液压系统的极端 环境中来调整系统内部泄漏，以便控制通过所述小孔(orifices，阻尼)产生 的热量以及从液压管到环境的总热量损耗。此外，一些已知的飞行器使用 引导的冲压空气流来冷却液压液体的温度。因此，该系统需要对于飞行器 的结构面进行实质性修改。总之，存在对低成本且高效的用于加热和冷却 飞行器内部液压液体的系统的需求。

发明内容

在一个方面，提供了一种热管理系统。所述热管理系统包括第一液压 系统，用于循环在第一温度下的第一液压液体；第二液压系统，用于循环 在比所述第一温度更高的第二温度下的第二液压液体；以及热交换器，将 所述第一液压系统耦接至所述第二液压系统，其中，所述热交换器被配置 为在所述第一液压液体与所述第二液压液体之间交换热量。

在另一方面，提供了一种飞行器。所述飞行器包括第一液压系统，用 于循环在第一温度下的第一液压液体；第二液压系统，用于循环在高于所 述第一温度的第二温度下的第二液压液体；以及热交换器，将所述第一液 压系统耦接至所述第二液压系统。所述热交换器被配置为在所述第一液压 液体与所述第二液压液体之间交换热量。

在另一方面，提供了一种用于管理机器中的温度的方法。所述方法包 括通过耦接至所述机器的第一液压系统循环在第一温度下的第一液压液 体。所述方法还包括通过耦接至所述机器的第二液压系统循环在不同于所 述第一温度的第二温度下的第二液压液体。所述方法还包括利用将所述第 一液压系统耦接至所述第二液压系统的热交换器在所述第一液压液体与 所述第二液压液体之间交换热量。

附图说明

图1是包括液压系统以及通过液压系统驱动的飞行器运行部件的示例 飞行器的示意图；

图2是图1中飞行器液压系统的第一示例配置的框图；

图3是图1中飞行器液压系统的第二示例配置的框图；

图4是当液压系统没有耦接至热交换器时图1中液压系统的温度的曲 线图；

图5是当所述液压系统耦接至热交换器时图1中液压系统的温度的曲 线图；

图6是当所述液压系统没有耦接至热交换器时图1中液压系统的温度 的另一曲线图；

图7是当所述液压系统耦接至热交换器时图1中液压系统的温度的另 一曲线图；

图8是用于在例如图1中的飞行器的机器中管理温度的方法的流程 图。

具体实施方式

图1是包括第一液压系统102以及第二液压系统104的飞行器100的 示意图。第一液压系统102以及第二液压系统104通过热交换器106耦接 在一起。第一液压系统102通过由飞行器100的引擎108驱动的泵装置204 加压并为飞行器100的某些运行部件提供动力。例如，第一液压系统102 为飞行器100中的至少一个扰流板(spoiler，定风翼)110、至少一个副翼 (aileron)111、至少一个升降舵(elevator)112和/或至少一个方向舵 (rudder)114提供动力。此外，与第一液压系统相似，第二液压系统104 为飞行器100的部件提供动力，并且还为其他未由第一液压系统102提供 动力的部件提供动力。例如，第二液压系统104为飞行器100的起落架116 和/或制动器118提供动力。在一些实施方式中，第一液压系统102以从液 压管向周围环境中散发更多热量且使得第一液压系统102内的液压液体比 第二液压系统104内的液压液体更冷这样的方式运转。在一些实施方式中， 第二液压系统104使用可以不同于在第一液压系统102中使用的泵204的 泵214，并且可以产生比泵204更多的热量，使得第二液压系统104温度 更高。在一些实施方式中，飞行器100可以包括驱动飞行器100的其他部 件的额外液压系统。此外，在一些实施方式中，飞行器100是包括至少两 个通过热交换器106耦接的液压系统的任何其他机器。

图2是第一液压系统102和第二液压系统104的第一示例配置的框图。 热交换器106耦接第一液压系统102与第二液压系统104，使得热量可以 从第二液压系统104交换至第一液压系统102。热交换器106包括第一管 道120和第二管道122。第一管道120与第一液压系统102流体连通式耦 接，以及第二管道122与第二液压系统104流体连通式耦接。第一管道120 环绕第二管道122，因此使热量能够在不混合第一液压液体201与第二液 压液体211的情况下在第一液压系统102和第二液压系统104之间交换。

在第一液压系统102中，第一液压液体201流过可以是主干回流管线 的回流管线200，流过热交换器106的第一管道120，并且随后流到储液 室(reservoir)202。泵204位于储液室202的下游并通过压力管线208泵 送第一液压液体201。箱体排液件(case drain，箱体排油器)206耦接至 泵204和储液室202，并且路由任何从泵204中泄漏的第一液压液体201 回到储液室202。在第二液压系统104中，第二液压液体211流过回流管 线210到储液室212中并且随后流到泵214。泵214通过压力管线218泵 送第二液压液体211。此外，箱体排液件216耦接至泵214和储液室212。 箱体排液件216路由任何从泵214中泄漏的第二液压液体211以通过热交 换器106的第二管道122并回到储液室212中。作为例如泵204的液压泵 的特性，由于泵的低效率，箱体漏液液体携带热量，并且例如比来自储液 室(例如，储液室202)的泵进口液体的热量高出30华氏度。因此，在泵 204的箱体排液件206中的液体温度例如可能比储液室202中的液体高30 华氏度，并且在泵214的箱体排液件216中的液体温度例如可能比储液室 212中的液体高大约30华氏度。此外，如上所述，第二液压系统104例如 温度可能比第一液压系统102高20华氏度。因此，流过热交换器106的 第二管道122中的第二液压液体211可以维持在比流过热交换器106的第 一管道120中的第一液压液体201更高的温度(例如，假定没有热量被交 换，该温度近似于50华氏度)。

图3是飞行器100的第一液压系统102以及第二液压系统104的第二 示例配置的框图。更具体地，热交换器106在不同于图2中的位置耦接第 一液压系统102与第二液压系统104。在第一液压系统102中，流过压力 管线208的第一液压液体201在可以控制例如扰流器110(如图1中所示) 的第一致动器300中以及可以控制例如升降舵112(如图1中所示)的第 二致动器302中被接收。第一液压液体201然后通过可以是分支回流管线 的回流管线200，并且通过热交换器106的第一管道120。第二液压系统 104如参照图2的描述来配置。根据设计考虑(例如，部件的有用空间和/ 或在飞行器100中的各个点处第一液压系统102到第二液压系统104的接 近程度)，代替或者除了图2中示出的配置之外，可以使用图3中示出的 配置。

图4是当第一液压系统102和第二液压系统104未通过热交换器106 耦接在一起时的第一液压系统102和第二液压系统104的温度曲线图。所 述外部环境温度为第一环境温度。箱体排液件206中的第一液压液体201 的温度通过曲线400表示，以及箱体排液件216中的第二液压液体211的 温度通过曲线402表示。当经过一段时间，箱体排液件216中的温度超过 箱体排液件206中的温度。在第一时间段过去之后，箱体排液件216中的 温度高于箱体排液件206中的温度第一华氏度数。

图5是当第一液压系统102和第二液压系统104通过热交换器106耦 接在一起时的第一液压系统102和第二液压系统104的温度曲线图。再次， 所述外部环境温度是第一环境温度。箱体排液件206中的第一液压液体 201的温度通过曲线500表示，以及箱体排液件216中的第二液压液体211 的温度通过曲线502表示。与图4中的曲线400和402相比，曲线500和 502表示在第一时间段过去之后，箱体排液件206和216中的温度相差小 于第一度数的第二度数。更具体地，热交换器106通过转移热量至第一液 压系统102中的第一液压液体201，促使第二液压系统104中的第二液压 液体211冷却。

图6是当第一液压系统102和第二液压系统104未通过热交换器106 耦接在一起时的第一液压系统102和第二液压系统104的另一温度曲线 图。所述外部环境温度是小于第一环境温度的第二环境温度。在箱体排液 件216中的第二液压液体211的温度通过曲线600表示，以及在箱体排液 件206中的第一液压液体201的温度通过曲线602表示。随着时间推移， 在箱体排液件216中的温度超过箱体排液件206中的温度。在第一时间段 过去之后，箱体排液件216中的温度高于箱体排液件206中的温度第三华 氏度数。所述箱体排液件206的温度保持稳定，且储液室202的温度低于 箱体排液件206的温度。储液室202的温度被视为表示不能提供适于起飞 的优选液压动力的量的液压系统温度。

图7是当第一液压系统102和第二液压系统104通过热交换器106耦 接在一起时的第一液压系统102和第二液压系统104的另一温度曲线图。 再次，所述外部环境温度是第二环境温度。箱体排液件216中的第二液压 液体211的温度通过曲线700表示，以及箱体排液件206中的第一液压液 体201的温度通过曲线702表示。与图6中的曲线600和602相比，曲线 700和702指示在第一时间段过去之后，箱体排液件206和216中的温度 相差第四华氏度数。所述第四度数小于参照图6论述的第三度数。更具体 地，热交换器106利用从第二液压系统104中的第二液压液体211传输的 热量，促使加热第一液压系统102中的第一液压液体201。

图8是用于管理例如飞行器100(图1中所示)的机器中的温度的方 法800的流程图。方法800包括通过第一液压系统(例如，第一液压系统 102)循环802处于第一温度下的第一液压液体(例如，第一液压液体201)。 第一液压系统102耦接至例如飞行器100的机器。此外，方法800还包括 通过第二液压系统(例如，第二液压系统104)循环804处于不同于第一 温度的第二温度下的第二液压液体(例如，第二液压液体211)。第二液压 系统104耦接到例如飞行器100的机器。此外，方法800还包括利用耦接 第一液压系统102与第二液压系统104的热交换器在第一液压液体201和 第二液压液体211之间交换806热量。所述热交换器可以是例如热交换器 106。

与已知的用于在飞行器内加热或者冷却液压液体的方法和系统相比， 在此描述的方法和系统利用相同的设置促进了液压液体的加热和冷却，并 且通过用热交换器将不同温度的液压系统耦接在一起使得该方法和系统 更为高效以及成本更低。

对不同的有益实施方式的描述是为了示出和描述的目的而呈现，且不 旨在详尽或局限于以所公开的形式的实施方式。许多修改和变化对本领域 的技术人员来说将是显而易见的。此外，不同的有益实施方式与其他有益 的实施方式相比可以提供不同的优点。所选择的一个或多个实施方式是为 了更好地说明该实施方式的原理、实际应用、以及能够使本领域的技术人 员了解本公开中适合所考虑的特定用途的具有各种变化的各种实施方式 而被选择和描述的。本书面描述使用示例公开各种实施方式，其包括最佳 模式，以便使本领域的技术人员能够实践这些实施方式，包括制造和使用 任何设备或者系统并且执行任何所包括的方法。可专利性的范围由权利要 求限定，并且可包括本领域技术人员实现的其他示例。这些其他示例旨在 被包含在权利要求的范围内，只要它们具有不与权利要求的字面语言不同 的结构要素，或者只要它们包含与权利要求中的字面语言非实质性不同的 等同结构要素。

此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：

条款1.一种热管理系统，包括：第一液压系统，用于循环在第一温 度下的第一液压液体；第二液压系统，用于循环在比所述第一温度更高的 第二温度下的第二液压液体；热交换器，将所述第一液压系统耦接至所述 第二液压系统，其中，所述热交换器被配置为在所述第一液压液体与所述 第二液压液体之间交换热量。

条款2.根据条款1所述的热管理系统，其中，所述第二液压系统进 一步包括：泵；以及箱体排液件，耦接至所述泵和所述热交换器。

条款3.根据条款1所述的热管理系统，其中，所述第一液压系统进 一步包括泵，所述热交换器在所述泵的上游耦接至所述第一液压系统。

条款4.根据条款1所述的热管理系统，其中，所述第一液压系统进 一步包括至少一个致动器，所述热交换器在所述至少一个致动器的下游耦 接至所述第一液压系统。

条款5.根据条款1所述的热管理系统，其中，所述热交换器是管套 管式热交换器，包括：第一管道；以及第二管道，其中，所述第一管道围 绕所述第二管道。

条款6.根据条款5所述的热管理系统，其中，所述第一管道与所述 第一液压系统流体连通，以及所述第二管道与所述第二液压系统流体连 通。

条款7.根据条款6所述的热管理系统，其中，所述热交换器耦接至 所述第一液压系统和所述第二液压系统，使得所述第二管道中的所述第二 液压液体的热量被传输到所述第一管道中的所述第一液压液体。

条款8.一种飞行器，包括：第一液压系统，用于循环在第一温度下 的第一液压液体；第二液压系统，用于循环在高于所述第一温度的第二温 度下的第二液压液体；热交换器，将所述第一液压系统耦接至所述第二液 压系统，其中，所述热交换器被配置为在所述第一液压液体与所述第二液 压液体之间交换热量。

条款9.根据条款8所述的飞行器，其中，所述第二液压系统进一步 包括：泵；以及箱体排液件，耦接至所述泵和所述热交换器。

条款10.根据条款8所述的飞行器，其中，所述第一液压系统进一步 包括泵，所述热交换器在所述泵的上游耦接至所述第一液压系统。

条款11.根据条款8所述的飞行器，其中，所述第一液压系统进一步 包括至少一个致动器，所述热交换器在所述至少一个致动器的下游耦接至 所述第一液压系统。

条款12.根据条款8所述的飞行器，其中，所述热交换器是管套管式 热交换器，包括：第一管道；以及第二管道，其中，所述第一管道围绕所 述第二管道。

条款13.根据条款12所述的飞行器，其中，所述第一管道与所述第 一液压系统流体连通，以及所述第二管道与所述第二液压系统流体连通。

条款14.根据条款13所述的飞行器，其中，所述热交换器耦接至所 述第一液压系统和所述第二液压系统，使得所述第二管道中的所述第二液 压液体的所述第二温度维持在高于所述第一管道中的所述第一液压液体 的所述第一温度约50至60华氏度。

条款15.根据条款8所述的飞行器，还包括至少一个引擎，以及其中， 所述第一液压系统耦接至所述至少一个引擎。

条款16.根据条款8所述的飞行器，还包括起落架，以及其中，所述 第二液压系统耦接至所述起落架。

条款17.根据条款11所述的飞行器，其中，所述至少一个致动器耦 接到扰流板、升降舵和方向舵中的至少一个。

条款18.一种用于管理机器中的温度的方法，所述方法包括：通过耦 接至所述机器的第一液压系统循环在第一温度下的第一液压液体；通过耦 接至所述机器的第二液压系统循环在不同于所述第一温度的第二温度下 的第二液压液体；利用将所述第一液压系统耦接至所述第二液压系统的热 交换器在所述第一液压液体与所述第二液压液体之间交换热量。

条款19.根据条款18所述的方法，其中，通过第二液压系统循环所 述第二液压液体进一步包括通过包括泵和箱体排液件的第二液压系统循 环所述第二液压液体，以及其中，利用热交换器交换热量进一步包括在所 述热交换器处接收来自所述箱体排液件的所述第二液压液体。

条款20.根据条款18所述的方法，其中，通过第一液压系统循环所 述第一液压液体进一步包括通过包括泵的第一液压系统循环所述第一液 压液体，以及其中，利用热交换器交换热量进一步包括在所述热交换器处 接收来自所述泵的所述第一液压液体。