經受負壓的航空器艙室的排水桿的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種排水桿，在不使用任何壓力控制激活裝置和不對航空器的空氣動力行為造成重大擾亂的情況下，當艙室中的壓力比外界壓力低時，排水桿能夠有效地將容納在艙室內的液體排出到航空器之外。所述排水桿構造有截面面積從所述艙室的底入口區域向其出口區域減小的橫截面，并且在氣流方向上與所述艙室成銳角α。所述排水桿的入口和出口區域具有兩個長度不同的垂直的對稱軸，所述入口區域設置有基本與所述氣流方向平行的較長對稱軸。所述排水桿具有相對于基本垂直于機身表面且經過所述入口區域的較長對稱軸的平面對稱的構造。
【專利說明】經受負壓的航空器艙室的排水桿
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種經受負壓的諸如輔助動力單元艙室或發動機艙等的航空器艙室 的排水桿。
【背景技術】
[0002] 航空器的輔助動力單元（APU)的已知排水系統包括用于將集聚在APU艙室中的任 何液體通過重力排出到大氣中的桿或桅桿（mast)。
[0003] 典型地由APU自身生成的噴射泵機構所引起的APU艙室的通風效果之一是在APU 艙室中產生低壓（APU艙室中的壓力比外部低）。
[0004] 施加在排水系統中的壓力的缺陷中的一些主要與裝填排水桿的困難相關。也就 是，一旦其被液體填滿，桿的排水能力是足夠的，但是如果在桿被液體填滿之前開始將空氣 吸入到APU艙室中，因為APU艙室中的壓力比外界低，所以由氣流引入的壓力阻礙液體的流 動，可能發生桿從未被填滿或裝填的情況。通常，進入到APU腔室空氣幾乎完全防止任何液 體流出，直到APU腔室內部的液體高度足以抵消APU腔室中的吸氣，從而使得桿失效。一旦 達到此高度，只有降低桿的橫截面對于排水才是有效的，并且另外，APU腔室中的液體高度 將與不包含排水桿的情況下達到的高度一樣大。
[0005] US 5, 996, 938提出了一種排水系統，所述排水系統包括排水管，其在上端與液體 收集層流體連通，在下端與止回閥流體連通，該止回閥選擇性地打開并且放置成盡可能地 靠近航空器的向艙外排水口。由收集層收集的液體被重力性地引導到排水管上端。當止回 閥上游的流體壓位差由于航空器的操作條件超過排水口的流體壓力時，止回閥構造成向流 體打開使得流體從管中排出到排水口之外。該排水系統因此與所述止回閥無關。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供排水桿，在不使用任何壓力控制激活裝置和不對航空器的空 氣動力行為造成重大擾亂的情況下，當艙室中的壓力比外界壓力低時也當艙室中的壓力比 外界壓力高時，排水桿能夠有效地將容納在艙室內的液體排出到航空器之外。
[0007] 為了滿足該目的，本發明的排水桿具有如下的特征：
[0008] _所述排水桿構造有截面面積從所述艙室的入口區域向其出口區域減小的橫截 面，并且在氣流方向上與所述艙室成銳角a。當所述艙室內部的壓力在大氣壓力之下時，這 種結構有助于填滿桿。
[0009] -所述排水桿的入口和出口區域具有兩個長度不同的垂直的對稱軸，所述入口區 域設置有基本與所述氣流方向平行的較長對稱軸，所述排水桿具有相對于基本垂直于機身 表面或機身包絡面且經過所述入口區域的較長對稱軸的平面對稱的構造。該構造使得排水 桿的阻力最小。
[0010] -所述出口區域的較短軸和較長軸之間的比值在〇. 2至0. 6之間。該特征對于具 有可操作地被填滿的排水桿而言是必要的。
[0011] 在一個實施例中，所述出口區域設置在與所述入口區域的平面成60°至 120° (優選地，70°至85° )之間的角度0的平面內。所述出口區域的較長軸平行于所 述入口區域的平面，并且所述出口區域在所述平面上的投影垂直于所述入口區域（15)的 較長軸（21)。該特征有助于排水桿填滿，因為在此位置具有出口區域氣流主動地有助于排 水桿的填滿。
[0012] 本發明的另一重要特征是在出口區域面積和入口區域面積之間設置有比值，該比 值可優化流體排出。該比值是如下的比值，當所述排水桿被填滿時，該比值使得排出所述艙 室中的預定體積的流體而所需的流量Qrai的值與由所述排水桿所排出的流量Qprtll的值相匹 配。
[0013] 參考附圖，從本發明的以下詳細說明和所附權利要求中，本發明的其他期望特征 和優點將變得顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是航空器的APU艙室的已知排水系統的示意側視圖。
[0015] 圖2是本發明的排水桿的示意立體圖。
[0016] 圖3是沿著圖2的排水桿的對稱面的剖視圖。
[0017] 圖4是示出根據排水桿的出口截面面積和入口截面面積之比R為函數的流量Qprtll和QM(j的變動的不意圖。
【具體實施方式】
[0018] 圖1示出了航空器的艙室11的集聚有液體的排水桿13,該排水桿13具有連接到 艙室11的底部區域的入口區域15和用于將所述液體排出到大氣中的出口區域17。
[0019] 如圖1所示，排水桿13在氣流方向（箭頭F)上相對于艙室11通常設置有銳角 a 〇
[0020] 排水桿13的長度L和相對于入口區域15的平面的傾斜角度a根據如下的公式 來控制艙室11中的液體的有效高度Hrff :
[0021 ] P g Heff = P g (H0+Lsin ( a )) = Pout-Pin
[0022] 其中，
[0023] P :室溫環境下的液體密度；
[0024] g :重力加速度；
[0025] Heff :從排水桿13的出口區域17開始測量的艙室11中的液體高度；
[0026] Ptjut :艙室11外界的壓力
[0027] Pin :艙室11內部的壓力。
[0028] 另一方面，Htl是從排水桿13的入口區域15開始測量的艙室11中的液體高度。
[0029] 如在本發明的【背景技術】中已經說明的那樣，如果Pil^Prat可能造成如圖1所示的情 況，其中，桿13沒有被完全填滿，因為Htl不足以補償Pin和Prat之間的壓差。
[0030] 當內部壓力Pin比外部壓力Ptjut小時，為了有效地排空艙室11，本發明提出使得排 水桿的截面面積從入口區域15朝向出口區域17減小，該構造符合一定的幾何條件。
[0031] 排水桿13的截面面積的漸進式減小可促進其填裝，因為被特定的中部區域的上 游的支撐流量比該區域所能夠容納的流量大，促進了所述中部區域的上游的液體的集聚， 并且因此促進了排水桿13的填滿。因此，防止空氣進入到艙室11中，由飛濺到艙室11內 的液體形成的問題被解決。當H6ff足夠大以足以補償Pin和Prat之間的壓差時，排水桿13被 完全填滿。
[0032] 在如圖2和3所示的實施例中，入口區域15具有帶有對稱軸21、23(軸21比軸 23長）的橢圓形狀，出口區域17具有帶有對稱軸25、27的圓頂端矩形形狀（軸25比軸27 長），入口區域15和出口區域17之間的中間區域構造成使得排水桿13的外表面盡量光滑。
[0033] 出口區域17的較短對稱軸27和較長對稱軸25之間的比值在0. 2至0. 6之間。 發明人已經發現具有在上述比值范圍內構造的出口區域17的排水桿13提供良好的填滿 結果。所述比值適用于出口區域17的任何幾何形狀，特別適合于橢圓、卵形和圓頂端矩形 (dome-ended rectangular)形狀。排水桿13關于平面A-A對稱，該平面基本上垂直于機身 表面且經過入口區域15的較長對稱軸21，并且出口區域17被放置在與入口區域15的平面 成60°至120° (優選地，75°至85°之間的）之間的角度P的平面中。
[0034] 本發明的一個重要方面是出口區域17的面積和入口區域15的面積之間的比值R。
[0035] 由如下的公式來給出被排水桿13的出口區域17所排空的給定量的液體所必需的 流量Qreq :
[0036]
【權利要求】
1. 一種排水桿（13)，即使當艙室（11)中的壓力比大氣壓力低時所述排水桿也能夠通 過重力將流體從航空器的一個艙室（11)排出到大氣中，其中所述排水桿（13)在氣流方向 上與所述艙室（11)成銳角a，并且構造有截面面積從所述艙室（11)的底部區域中的入口 區域（15)向其出口區域（17)減小的橫截面，其特征在于， -所述入口區域和出口區域（15、17)具有兩個長度不同的垂直的對稱軸（21、23、25、 27)； -所述入口區域（15)設置有基本與所述氣流方向平行的較長對稱軸（21); -所述排水桿（13)具有相對于基本垂直于機身表面或機身包絡面且經過所述入口區 域（15)的較長對稱軸（21)的平面對稱的構造； -所述出口區域（17)的較短軸（27)和較長軸（25)之間的比值在0. 2至0. 6之間。
2. 如權利要求1所述的排水桿（13)，其特征在于，所述出口區域（17)設置在與所述入 口區域（15)的平面成60°至120°之間的角度P的平面內，所述出口區域（17)的較長軸 (25)平行于所述入口區域（15)的平面，并且所述出口區域（17)在所述平面上的投影垂直 于所述入口區域（15)的較長軸（21)。
3. 如權利要求2所述的排水桿（13)，其特征在于，所述角度P在70°至85°之間。
4. 如權利要求1至3中的任一項所述的排水桿（13)，其特征在于，所述入口區域（15) 具有橢圓形狀，所述出口區域（17)具有橢圓、卵形或圓頂端矩形形狀。
5. 如權利要求1至4中的任一項所述的排水桿（13)，其特征在于，所述出口區域（17) 的面積和所述入口區域（15)的面積具有使得所述出口區域（17)和所述入口區域（15)的 面積之間的比值R是如下的比值的值，當所述排水桿（13)被填滿時，排出所述艙室（11)中 的預定體積的流體所需的流量Qreq的值與由所述排水桿（13)所排出的流量Qprim的值相 匹配。
6. -種包括如權利要求1至5中的任一項所述的排水桿（13)的航空器。
【文檔編號】B64C1/14GK104326091SQ201410347117
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2013年7月22日
【發明者】卡洛斯·卡薩多蒙泰羅, 喬斯·安吉拉·埃爾納尼茲曼里克, 喬斯·戈蘭娜奧特羅, 伊格納西奧·埃斯特班·帕羅費邊, 米格爾·安吉拉·加萊戈洛倫佐 申請人:空中客車西班牙運營有限責任公司