Система кондиционирования воздуха для летательного аппарата с ионизатором
Изобретение относится к способам обработки воздуха, подаваемого в гермокабины воздушных судов. Система кондиционирования воздуха для летательного аппарата с ионизатором содержит магистраль горячего воздуха с установленным в ней дроссельным устройством, магистраль холодного воздуха с последовательно установленным в ней дроссельным устройством, датчиком температуры, влагоотделителем, датчик температуры, установленный в гермокабине, регуляторы температуры. В магистрали перед гермокабиной после дроссельного устройства установлен ионизатор отрицательных ионов. Ионизатор выполнен в виде иголок ромбовидной или круглой формы в поперечном сечении, расположенных радиально и закрепленных одним концом, с большим сечением, к металлическому кольцу, изолированному электрически от других элементов. Металлическое кольцо соединено с отрицательной клеммой постоянного источника тока напряжением от 4 до 6 киловольт. Плоскость кольца составляет прямой угол с продольной осью магистрали. Достигается улучшение условий работы экипажа и полета пассажиров. 1 ил.
Изобретение относится к способам обработки воздуха, подаваемого в гермокабины воздушных судов.
Известна система кондиционирования воздуха [1], состоящая из заборника воздуха от двигателя (компрессора) с запорным клапаном, регулятора абсолютного давления, теплообменника, распределительного крана, горячей магистрали, холодной магистрали, в которой последовательно располагаются: турбохолодильник, воздухо-воздушный радиатор, обратный клапан, заслонка, регулятор подачи воздуха, регулятор давления, предохранительный клапан, датчик расходомера, терморегулятор.
Недостатком такой системы является отсутствие в ней ионизатора отрицательных ионов.
Известна система кондиционирования воздуха [2], содержащая горячую магистраль с установленным в ней дроссельным устройством, холодную магистраль с последовательно установленным в ней турбохолодильником, влагоотделителем и датчиком влагосодержания. После соединения этих магистралей, перед гермокабиной, установлено второе дроссельное устройство. В систему входят также три регулятора температуры и три датчика температуры.
В магистрали холодного воздуха имеется обводная линия с дроссельным устройством. Недостатком этой системы является также отсутствие в ней генератора отрицательных ионов.
Технической задачей изобретения является ионизация воздуха, поступающего в гермокабину, отрицательными ионами, обеспечивающими более благоприятные условия как для экипажа летательного аппарата, так и для его пассажиров.
Известно [3, 5], что работающая электро-, радио- и электронная аппаратура на летательном аппарате вырабатывает положительные ионы.
Также при полете летательного аппарата (ЛА) за счет трения между обшивкой и воздухом образуется положительный заряд на корпусе ЛА, который действует как магнит, притягивая отрицательные ионы. В то же время корпус ЛА отталкивает положительные ионы, оставляя их внутри кабины экипажа и салона пассажиров. В результате получается переизбыток положительных ионов и недостаток отрицательных ионов. А это приводит к сонливости, подавленности экипажа и пассажиров. И если для пассажиров это не является важным, то для экипажа является отрицательными факторами, определяющими безопасность полета и возможность выполнения своих функциональных обязанностей, в том числе выполнение боевого задания. А если учесть все увеличивающуюся продолжительность полета ЛА, то эти факторы становятся еще более влиятельными на экипаж. Достаточно вспомнить недавний беспосадочный перелет российских ракетоносцев в течение 26 часов. Поэтому добавление отрицательных ионов в воздух, подаваемый в кабину экипажа и пассажирский салон (особенно в кабину экипажа), является той мерой, способствующей улучшению условий работы экипажа и условий полета пассажиров. Воздушная атмосфера, создаваемая отрицательными ионами, повышает умственную и физическую работоспособность. Количество допускаемых ошибок снижается на 20%, в 2-3 раза быстрее усваивается информация, а это сокращает время ее обработки, что очень важно для экипажа, особенно в нештатной ситуации.
Молекулы человеческого тела теряют электроны в процессе жизнедеятельности, т.е. окисляются. Офицательные же ионы являются воздушными антиоксидантами (наряду с витаминами) и представляют собой молекулы или атомы, из которых состоит воздух (кислород, азот и др. нейтральные газы) с одним (или двумя) лишним электроном. Отдавая эти электроны клеткам человеческого тела, они препятствуют их окислению и преждевременному старению всего организма, что увеличивает продолжительность летной работы экипажа.
Отрицательные ионы стимулируют захват кислорода эритроцитами, что особенно важно для организма человека с подъемом на высоту, где летают ЛА.
Отрицательные ионы перемещаются в воздухе кабины экипажа или пассажирского салона и, при столкновении с поверхностью кожи и слизистых дыхательных путей, теряют свой заряд и превращаются в нейтральные атомы и молекулы, обладающие высокой реакционной способностью, т.е. усиливаются все процессы в организме человека.
Отрицательные ионы проникают в поверхностные слои эпидермиса (поверхностный слой кожи) и вызывают набухание его клеток и образование в коже из этих ионов химически активных атомов и молекулов, стимулирующих местные обменные реакции, повышающих снабжение поверхностных тканей кровью и стимулирующих ее защиту от болезнетворных бактерий. Все это особенно важно для экипажа ЛА, находящегося длительное время в неподвижном состоянии.
Также содержащий отрицательные ионы воздух является своеобразным экраном, отражающим излучение положительных ионов от дисплеев и другого электронного оборудования, которых достаточно много в кабине экипажа и вокруг нее. К тому же отрицательные ионы, отдавая свои электроны, «заделывают выбоины» в молекулах и атомах клеточных мембран человека после того, как с их орбит электромагнитными волнами были выбиты электроны.
Из сказанного следует, что насыщение воздуха герметичных кабин экипажа и пассажирского салона ЛА отрицательными ионами создаст более здоровую, благотворно влияющую на работоспособность экипажа среду, превратит «мертвый» воздух в «живой» и целебный.
Сущность изобретения заключается в том, что в магистрали, перед гермокабиной, после дроссельного устройства, установлен ионизатор отрицательных ионов, выполненный в виде иголок ромбовидной или круглой формы в поперечном сечении, расположенных радиально и закрепленных одним концом, с большим сечением, к металлическому кольцу, изолированному электрически от других элементов, и которое соединено с отрицательной клеммой постоянного источника тока напряжением от 4 до 6 киловольт, причем плоскость кольца составляет прямой угол с продольной осью магистрали.
Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое устройство отличается от прототипа наличием в нем ионизатора отрицательных ионов, что делает его соответствующим критерию «новизна».
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве, и признать его соответствующим критерию «существенные отличия».
Применение всех новых признаков позволяет существенно улучшить условия работы экипажа ЛА и условия полета его пассажиров.
На фиг.1 приведена структурная схема системы кондиционирования воздуха летательного аппарата с ионизатором. Она содержит заборник воздуха из атмосферы (заборного воздуха) 3, за которым установлен электроклапан 4, управляемый из кабины. После электроклапана располагается компрессор 5, обеспечивающий наддув заборного воздуха в систему кондиционирования ЛА, за которым установлен предохранительный клапан 18, стравливающий воздух из системы кондиционирования в атмосферу, когда его давление превысит допустимое значение. Далее система кондиционирования разветвляется на горячую линию 1 и холодную линию 2. В горячей линии 1 последовательно установлен нагреватель 19 в виде короба на поверхности, нагретой до высокой температуры, например на внешней поверхности реактивного двигателя 20, и дроссельное устройство 7, регулирующее количество нагретого воздуха, протекающего через горячую линию. Управляет этим дроссельным устройством регулятор температуры 17.
В холодной линии 2 последовательно располагаются дроссельное устройство 8, датчик температуры 10, регулятор температуры 9, влагоотделитель 6, датчик влагосодержания 11. Дроссельное устройство 8 управляется регулятором температуры 9. После соединения магистралей 1 и 2 установлены дополнительный датчик температуры 13 и дроссельное устройство 14. После этого дроссельного устройства перед гермокабиной 12 в магистрали подачи воздуха 22 установлен ионизатор отрицательных ионов 21. В состав ионизатора 21 входит металлическое кольцо 24, вид А-А, к которому одними концами, с большим поперечным сечением, крепятся иглы 25, располагаясь радиально в кольце. Иглы 25, в сечении, имеют ромбовидную, вид В-В, или круглую формы. Кольцо 24 электрически изолировано от трубопровода 22 магистрали втулкой 23 из диэлектрического материала. Кольцо 24, а следовательно и иглы 25, соединено с отрицательной клеммой постоянного источника высокого напряжения от 4 до 6 кВ. Кольцо 24 располагается перпендикулярно продольной оси трубопровода 22 магистрали.
Система кондиционирования содержит также регулятор температуры 15, входы которого связаны с датчиком влагосодержания 11 и датчиком температуры 16, установленным в кабине, а выход - с дроссельным устройством 14, а регулятор температуры 17 связан входами с датчиком влагосодержания 11 и датчиком температуры 13, и выходом - с дроссельным устройством 7. Регулятор температуры 9, в холодной линии 2, входом связан с датчиком температуры 10, а выходом - с дроссельным устройством 8.
Предлагаемая система кондиционирования воздуха для ЛА с ионизатором работает следующим образом.
Воздух, поступающий через заборник 3 из атмосферы, засасывается компрессором 5 и протекает по магистрали через электроклапан 4, который предварительно включается из кабин одновременно с включением компрессора 5 или ранее. После электроклапана 4 и компрессора 5 воздух по магистрали проходит через предохранительный клапан 18 и поступает к развилке горячей 1 и холодной 2 линий. Температура наружного воздуха бывает разной: около поверхности Земли зимой более холодная, чем летом. С подъемом на высоту температура уменьшается и на высоте 10 км она равна примерно -50°С. Расход воздуха в системе поддерживается примерно одинаковым: производительность компрессора постоянная, а в случае непредвиденного заброса расхода воздуха компрессором и, следовательно, повышения его давления произойдет стравливание излишков воздуха в атмосферу предохранительным клапаном 18.
Датчик температуры 10 фиксирует температуру воздуха в холодной линии 2 и выдает сигнал на регулятор температуры 9, который управляет дроссельным устройством 8, обеспечивая размеры канала: если температура наружного воздуха выше, то канал расширяется (меньшую массу воздуха надо отправлять на нагрев в горячую линию) и наоборот. Затем, после дроссельного устройства 8 в холодной линии, воздух осушается во влагоотделителе 6. Одновременно с направлением воздуха в холодную линию 2 часть забортного воздуха направляется в горячую линию 1, где, проходя через нагреватель 19, повышает свою температуру и далее протекает через дроссельное устройство 7 на соединение с холодной линией. Величина канала в дроссельном устройстве 7 определяет массу воздуха, протекаемого по горячей линии и нагреваемого в нагревателе 19. Если наружный воздух более холодный, то в горячую линю будет поступать больше воздуха на его нагрев, нежели это происходит с более теплым наружным воздухом, т.е. канал в дроссельном устройстве 7 будет шире в этом случае. Управляет же размером канала в дроссельном устройстве 7 регулятор температуры 17, на один из входов которого поступает сигнал от датчика температуры 13, расположенного в магистрали после смешивания воздуха, поступающего из горячей и холодной линий 1 и 2. На второй вход регулятора температуры 17 поступает сигнал с датчика влагосодержания 11. Уменьшая или увеличивая размеры канала в дроссельном устройстве 7, регулятор температуры 17 обеспечивает, после смешивания двух потоков воздуха из горячей и холодной линий, приемлемую температуру воздуха для человека.
Окончательное регулирование температуры воздуха в гермокабине 12 осуществляется путем измерения общего расхода вентилирующего воздуха регулятором температуры 15 через дроссельное устройство 14 по сигналам датчика 11 влагосодержания и датчика температуры 16, установленного в кабине, причем регулятор температуры 15 настраивается на температуру в кабине в зависимости от влагосодержания воздуха за влагоотделителем 6.
После дроссельного устройства 14 воздух с заданной температурой и влажностью направляется по трубопроводу 22 магистрали в гермокабину 12 через ионизатор 21. Высокое напряжение от 4 до 6 кВ с минусовой клеммы источника питания предварительно подано на кольцо 24 и на иголки, через него, 25. Положительным электродом является протекающий поток воздуха. В этом случае на кончиках игл получается избыточный отрицательный заряд. Но электрического пробоя не образуется, а возникает тлеющий разряд (в старину в Европе такое явление называли «огни святого Эльма»). При таком тлеющем разряде происходит отрицательная ионизация атомов и молекул воздуха, т.е. образуются отрицательные аэроионы.
Профессор Чижевский впервые создал подобный прибор, который называется «люстрой Чижевского» [4]. Образовавшиеся отрицательные ионы, вместе с потоком воздуха, по трубопроводу 22 поступают в гермокабину, где и оказывают свое благотворное влияние на экипаж и пассажиров. Однако тлеющий разряд имеет место, если напряжение на иглах 25 не превышает 6 кВ. Если же это напряжение будет больше 6 кВ, то произойдет коронный разряд, при котором, кроме отрицательных ионов, будет образовываться озон, окислы азота, углерода и др., которые являются токсичными для человека [6]. Поэтому напряжение на иглах 25 нельзя повышать выше 6 кВ. Напряжение на этих иглах менее 4 кВ приведет к исчезновению тлеющего разряда, что вызовет прекращение образования отрицательных ионов.
Круглая форма, в сечении, игл 25 обеспечивает отекание электронов только с кончиков игл. Ромбовидная же форма сечений игл 25 приводит к отеканию электронов как с кончиков этих игл, так и острых их кромок, что усиливает процесс образования отрицательных ионов.
Предлагаемая система кондиционирования воздуха для ЛА позволяет значительно улучшить условия работы экипажа летательного аппарата и его пассажиров.
Источники информации
1. Основы конструкции самолетов. / Под редакцией Туркина К.Д. - М.: Воениздат, 1974. - С.386.
2. Авторское свидетельство СССР №527878, Кл. В64D 13/08, 1973. «Система кондиционирования воздуха для летательного аппарата».
3. Скипетров В.П., Зорькина А.В., Беспалов H.Н. Лечение аэроионами кислорода. - Саранск, МГУ, 2000.
4. Ж. «Радио», №6,1997. - С.33.
5. Проспект по ионизатору воздуха «ANION» компании «GObest Intermtionab».
6. Авиационная медицина. / Под редакцией профессора Бабийчука А.Н. - М.: Издательство «ДОСААФ СССР», 1980. - С.69.
Система кондиционирования воздуха для летательного аппарата с ионизатором, содержащая магистраль горячего воздуха с установленным в ней дроссельным устройством, магистраль холодного воздуха с последовательно установленным в ней дроссельным устройством, датчиком температуры, влагоотделителем, а также датчик температуры, установленный в гермокабине и связанный со входом третьего регулятора температуры, управляющего третьим дроссельным устройством, установленным в магистрали после соединения горячей и холодной линий, перед которым располагается датчик температуры, отличающаяся тем, что в магистрали перед гермокабиной, после дроссельного устройства установлен ионизатор отрицательных ионов, выполненный в виде иголок ромбовидной или круглой формы в поперечном сечении, расположенных радиально и закрепленных одним концом с большим сечением к металлическому кольцу, изолированному электрически от других элементов, и которое соединено с отрицательной клеммой постоянного источника тока напряжением от 4 до 6 кВ, причем плоскость кольца составляет прямой угол с продольной осью магистрали.
