ENTRADAS DE AIRE DINÁMICO COMBINADAS DE AIRE DE CABINA Y DE INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA SISTEMAS DE CONTROL AMBIENTAL PARA AERONAVES, Y MÉTODOS DE UTILIZACIÓN ASOCIADOS.

Entradas de aire dinámico combinadas de aire de cabina y de intercambiador de calor para sistemas de control ambiental para aeronaves, y métodos de utilización asociados. CAMPO TÉCNICO La siguiente invención se refiere de manera general a sistemas de control ambiental para aeronaves y, más en concreto, a entradas y salidas de aire para un sistema de control ambiental para aeronaves. ANTECEDENTES Típicamente, los aviones comerciales y otras aeronaves convencionales incluyen sistemas de control ambiental que proporcionan aire acondicionado para los pasajeros y la tripulación y para otros fines. Los sistemas de control ambiental (ECSs) convencionales utilizan aire que es sangrado del compresor de cada reactor aguas arriba de la cámara de combustión. La temperatura y presión de este aire de sangrado puede variar mucho dependiendo de la configuración de empuje del motor. Por esta razón, los ECSs incluyen típicamente uno o más intercambiadores de calor, compresores, y/o turbinas para ajustar la temperatura y la presión del aire antes de que éste fluya al interior de la cabina. La utilización de aire de sangrado para el acondicionamiento del aire de cabina puede reducir la eficiencia del motor en cuanto a su consumo de combustible. Para evitar esto, algunas aeronaves más modernas (tales como las aeronaves Boeing 787) tienen sistemas de aire acondicionado más eléctricos que utilizan aire exterior procedente de entradas de aire dinámico. Sin embargo, los sistemas de este tipo necesitan típicamente al menos dos entradas de aire dinámico independientes para cada sistema de acondicionamiento de aire. La primera entrada de aire dinámico proporciona aire a compresores del aire de cabina accionados por motores eléctricos, los cuales suministran aire a alta presión al sistema de acondicionamiento de aire. La segunda entrada de aire dinámico proporciona aire de enfriamiento al intercambiador de calor del sistema de acondicionamiento de aire. Aunque el tener una entrada de aire dinámico con alta recuperación de presión específica para los compresores del aire de cabina puede reducir las necesidades de energía de los compresores, la entrada adicional añade resistencia aerodinámica, peso, coste y complejidad a la aeronave, lo cual puede contrarrestar los ahorros en eficiencia de consumo de combustible. La Publicación de Solicitud de Patente US 2002/0152765 A1 describe un conducto de aire dinámico para un sistema de aire acondicionado para un avión, que tiene un canal de entrada que puede estar cerrado por una válvula de entrada y un canal de salida que puede estar cerrado por una válvula de salida, estando el canal de salida dividido en un canal de salida de la turbina y un canal de derivación, donde la válvula de salida sólo cierra el canal de derivación en el estado de entrada cerrada. La publicación de patente internacional WO 2005/063564 A2 describe un deflector de guiado del aire de salida de un sistema de aire dinámico para aeronaves, en el cual una superficie del deflector está situada enfrente de un conducto de aire y está expuesta a una presión existente en el conducto de aire, y cuya superficie opuesta está expuesta a la presión del aire que fluye a lo largo de la aeronave, comprendiendo el sistema un actuador y un sistema de control que controla la posición del deflector de guiado del aire de salida de manera que la diferencia entre las presiones, es decir, la fuerza que actúa en cualquier instante sobre el actuador, es esencialmente cero. SUMARIO El siguiente resumen se proporciona sólo para el beneficio del lector, y no tiene la intención de limitar de ninguna manera el invento tal como lo exponen las reivindicaciones. En un primer aspecto del invento se proporciona un sistema de control ambiental (ECS) para su utilización con una aeronave como se define en la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas. En un segundo aspecto del invento se proporciona un método para hacer funcionar un ECS en una aeronave en vuelo, como se define en la reivindicación 8. Diferentes realizaciones del invento están dirigidas de manera general a sistemas de control ambiental (ECSs) para aeronaves que tienen entradas combinadas de aire dinámico para el aire de cabina y para el intercambiador de calor. Un ECS configurado de acuerdo con una realización del invento incluye una entrada de aire dinámico que proporciona una primera parte de aire a un sistema de acondicionamiento de aire y una segunda parte de aire a un intercambiador de calor asociado. La primera parte de aire procedente de la entrada de aire dinámico fluye desde el sistema de acondicionamiento de aire y a través del intercambiador de calor antes de fluir al interior de una cabina de la aeronave. La segunda parte de aire procedente de la entrada de aire dinámico enfría la primera parte de aire en el intercambiador de calor, antes de salir de la aeronave a través de una salida de aire dinámico. Un método para proporcionar aire a una cabina de una aeronave de acuerdo con una realización adicional del invento puede incluir dividir el flujo de aire exterior en una primera parte del flujo de aire y una segunda parte del flujo de aire. El método puede además incluir enfriar la primera parte del flujo de aire con la segunda parte del flujo de 2 E07874271 24-11-2011   aire después de comprimir la citada primera parte del flujo de aire, y dirigir la primera parte del flujo de aire hacia el interior de la cabina de la aeronave después de que haya sido enfriada con la segunda parte del flujo de aire. BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un diagrama esquemático de una arquitectura de un sistema de control ambiental para aeronaves configurado de acuerdo con una realización de la invención. La figura 2 es un diagrama esquemático de una arquitectura de un sistema de control ambiental para aeronaves configurado de acuerdo con otra realización de la invención. La figura 3 es una vista isométrica desde debajo de una aeronave que tiene un sistema de control ambiental con una entrada de aire dinámico y una salida de aire dinámico configuradas de acuerdo con una realización de la invención. Las figuras 4A-4C son vistas en sección transversal de una parte de la aeronave de la figura 3, que ilustran una puerta de entrada de aire dinámico configurada de acuerdo con una realización de la invención. Las figuras 5A y 5B son vistas isométricas desde debajo de salidas de aire dinámico configuradas de acuerdo con diferentes realizaciones de la invención. La figura 6A es una gráfica que ilustra el factor de recuperación de la presión de entrada frente al flujo másico para un conducto de entrada de un sistema de control ambiental para aeronaves de acuerdo con una realización de la invención, y la figura 6B es una gráfica que ilustra la resistencia aerodinámica de un sistema de entrada de aire dinámico frente al flujo másico de acuerdo con otra realización de la invención. La figura 7A es una gráfica que ilustra una relación entre una abertura de entrada de aire dinámico y una abertura de salida de aire dinámico de acuerdo con una realización de la invención, y la figura 7B es una gráfica que ilustra el flujo másico de aire en función de la relación entrada/salida de la figura 7A de acuerdo con otra realización de la invención. Las figuras 8A-8C ilustran los factores de recuperación de la presión de aire en las entradas del compresor de aire de cabina, las necesidades de potencia del compresor de aire de cabina, y la resistencia aerodinámica del sistema de control ambiental en diferentes condiciones de vuelo de acuerdo con realizaciones de la invención. La figura 9 es un diagrama de flujo de una rutina para modular una entrada de aire dinámico y/o una salida de aire dinámico asociada para un sistema de control ambiental de acuerdo con una realización de la invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA La siguiente invención describe sistemas de control ambiental para aeronaves y métodos de utilización asociados. En una realización, un sistema de control ambiental para aeronaves (ECS para aeronaves) incluye una entrada de aire dinámico modulada que proporciona aire a un sistema de acondicionamiento de aire y al intercambiador de calor del sistema de acondicionamiento. En la siguiente descripción y en las figuras 1-9 se establecen algunos detalles para proporcionar una comprensión completa de diferentes realizaciones de la invención. Para evitar complicar innecesariamente la descripción de las diferentes realizaciones de la invención, en la invención que sigue no se establecen otros detalles que describan, por ejemplo, estructuras y sistemas conocidos asociados a menudo con aeronaves, entradas de aire dinámico para aeronaves, y ECSs para aeronaves,. Muchos de los detalles, dimensiones, ángulos y otras características mostradas en las figuras son meramente ilustrativos de realizaciones... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de control ambiental ECS (200) para su uso con una aeronave (300), comprendiendo el ECS (200): una entrada (201) de aire dinámico en comunicación de flujo con un conducto (209) de entrada de aire dinámico para recibir un flujo de aire exterior; una salida (202) de aire dinámico en comunicación de flujo con el conducto (209) de entrada de aire dinámico; y un controlador (220) acoplado operativamente a la salida (202) de aire dinámico y a la entrada (201) de aire dinámico, en el cual la entrada (201) de aire dinámico incluye una abertura (224) de entrada variable y la salida de aire dinámico incluye una abertura (225) de salida variable, y en el cual el controlador modula la abertura (224) de entrada variable y la abertura (225) de salida variable durante el funcionamiento del ECS (200) para aumentar la presión de aire en el conducto (209) de entrada y de ese modo reducir la resistencia aerodinámica. 2. El ECS de la reivindicación 1, en el cual la entrada (201) de aire dinámico es una entrada al ras. 3. El ECS de la reivindicación 1, que comprende además: medios para dividir el flujo de aire exterior en una primera parte de flujo de aire y una segunda parte de flujo de aire; medios para enfriar la primera parte de flujo de aire con la segunda parte de aire antes de proporcionar la primera parte de flujo de aire a una cabina de la aeronave (300). 4. El ECS de la reivindicación 3, en el cual los medios para enfriar comprende un sistema (206) de acondicionamiento de aire que tiene un intercambiador de calor (208) asociado, en el cual: el sistema (206) de acondicionamiento de aire recibe la primera parte de flujo de aire; el intercambiador de calor (208) recibe la segunda parte de flujo de aire; la primera parte de flujo de aire fluye desde el sistema (206) de acondicionamiento de aire y a través del intercambiador de calor (208) antes de fluir al interior de una cabina de la aeronave (300); y la segunda parte de flujo de aire enfría a la primera parte de flujo de aire en el intercambiador de calor (208). 5. El ECS de la reivindicación 4, en el cual la salida (225) de aire dinámico expulsa la segunda parte de flujo de aire fuera de la aeronave (300) después de que dicha segunda parte de flujo de aire pase a través del intercambiador de calor (208). 6. El ECS de la reivindicación 3, que comprende además medios para comprimir la primera parte de flujo de aire antes de enfriar la primera parte de flujo de aire con la segunda parte de flujo de aire. 7. El ECS de la reivindicación 6, que comprende además: un canal (212a) de aire en comunicación de flujo con el conducto (209) de entrada de aire dinámico; y en el cual los medios para compresión comprenden un compresor (204a) de aire de cabina acoplado operativamente al canal (212a) de aire, y la primera parte de flujo de aire fluye a través del canal (212a) de aire hacia el compresor (204a) de aire de cabina antes de fluir a través de los medios para enfriamiento que comprenden un sistema (206) de acondicionamiento de aire. 8. Un método para hacer funcionar un sistema de control ambiental ECS (200) en una aeronave (300) en vuelo, comprendiendo el método: recibir un flujo de aire exterior en un conducto (209) de entrada de aire dinámico; modular una abertura (224) de entrada de aire dinámico en comunicación de flujo con el conducto (209) de entrada de aire dinámico; y modular una abertura (225) de salida de aire dinámico en comunicación de flujo con el conducto (209) de entrada de aire dinámico, donde la abertura (224) de entrada de aire dinámico y la abertura (225) de salida de aire dinámico están moduladas para aumentar la presión de aire dentro del conducto (209) de entrada de aire dinámico y para reducir de ese modo la resistencia aerodinámica provocada por el ECS (200). 9. El método de la reivindicación 8, que comprende además: separar el flujo de aire exterior dentro del conducto (209) de entrada de aire dinámico en una primera parte de flujo de aire y una segunda parte de flujo de aire; comprimir la primera parte de flujo de aire; 9 E07874271 24-11-2011   después de comprimir la primera parte de flujo de aire, enfriar dicha primera parte de flujo de aire con la segunda parte de flujo de aire; y después de enfriar la primera parte de flujo de aire con la segunda parte de flujo de aire, dirigir la primera parte de flujo de aire hacia el interior de la cabina de una aeronave (300) y la segunda parte de flujo de aire fuera de la aeronave (300) a través de la abertura (225) de salida de aire dinámico. E07874271 24-11-2011   ENTRADA PITOT CAC CABINA SISTEMA A/C COMPARTIMENTO DEL SISTEMA 11 VÁLVULAS DE DESCARGA CONTROLADOR A LA CABINA DE LA AERONAVE SISTEMA A/C CONDUCTO ENTRADA DINAMICA INT. CONTROLADOR INTERCAMBIADOR DE CALOR SALIDA AIRE DINAMICO E07874271 24-11-2011   12 E07874271 24-11-2011   FLUJO DE AIRE MORRO FLUJO DE AIRE MORRO FLUJO DE AIRE MORRO 13 COLA COLA COLA E07874271 24-11-2011   FLUJO EXTERIOR FLUJO EXTERIOR 14 E07874271 24-11-2011   RESISTENCIA NETA SIST. DINAMICO INTERCAMBIADOR DE CALOR (cts/AP) OPTIMIZADO SALIDA BLOQUEADA A 100% ABIERTA RESISTENCIA MINIMA E07874271 24-11-2011   POSICION DE SALIDA (% ABIERTA) POSICION DE ENTRADA (% ABIERTA) POSICION DE ENTRADA (% ABIERTA) 16 E07874271 24-11-2011   RF1 EN CARA CAC RESISTENCIA NETA DEL SISTEMA DINAMICO (cts/AP) DIA CALIDO DIA STD DIA STD ENTRADAS INDEPENDIENTES ENTRADA COMBINADA NECESIDAD DE POTENCIA CAC 17 ENTRADA CAC TIPO PITOT ESPECIFICA ENTRADA COMBINADA (DIA CALIDO) (DIA STD) (DIA STD) ENTRADAS INDEPENDIENTES ENTRADA COMBINADA E07874271 24-11-2011   CONDICIONES DE VUELO ALTITUD, Nº MACH, TEMPERATURA AMBIENTE, ETC. SI INICIO RECIBIR LA TEMPERATURA DE SALIDA DESEADA DEL SISTEMA A/C ESTIMAR NECESIDAD DE FLUJO DINAMICO DETERMINAR POSICION DE ENTRADA BASANDOSE EN FIG. 7B DETERMINAR POSICION DE SALIDA CORRESPONDIENTE BASANDOSE EN FIG. 7A AJUSTAR POSICIONES DE ENTRADA/SALIDA SEGÚN SEA NECESARIO TEMP. DESEADA DE SALIDA DEL SISTEMA ALCANZADA? FIN 18 NO ESTIMAR NECESIDAD REVISADA DE FLUJO DINAMICO E07874271 24-11-2011