具有二氢输送管、用于该输送管的嵌入通道以及用于该嵌入通道的曝气系统的飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，尤其涉及能量源为液态或气态二氢的飞行器，无论该能源用于供应燃料电池还是用于直接供应发动机的燃烧室。因此，本发明涉及一种飞行器，该飞行器具有二氢输送管、允许该输送管经过的嵌入通道和用于该嵌入通道的曝气系统。

背景技术

已知在飞行器中使用二氢作为能源。二氢被储存在贮存器中，而输送管将二氢从贮存器输向消耗设备，如燃料电池或发动机的燃烧室。

如果二氢沿着该输送管泄漏，则为了避免在泄漏区域周围产生易燃混合物，有必要提供专用设备。

因此，可以消除点火所需的氧化剂(环境空气中所含的氧)的存在，而用惰性气体代替。

也可以对泄漏区域进行通气，以限制混合物中二氢的比例，从而保持在可燃性阈值以下。

当输送管很长时，在质量、成本、能耗和物理集成限制方面，将这些设备安装就位会对飞行器造成巨大不利影响，并使得有必要提供实时监控每个设备正确运行的系统。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种飞行器，其具有二氢输送管、允许输送管通过的嵌入通道、和用于嵌入通道的曝气系统，该曝气系统确保嵌入通道的通气、特别是在飞行器的运行阶段发生二氢泄漏的情况下的通气。

为此，提供了一种飞行器，其具有：

－至少一个输送管，二氢在所述输送管中流动；

－对于每个输送管而言的嵌入通道，嵌入通道具有沟槽，沟槽具有底部、与所述底部相对的开口、以及在底部与开口之间的穿孔中间底板，穿孔中间底板将沟槽分隔成上沟槽和下沟槽，输送管紧固在上沟槽中；

－曝气系统，其具有布置成收集所述飞行器外部的空气的曝气孔口、和至少一个供应管，其中，每个供应管经由窗口在进气口处敞开；

－检测装置，其分布在每个嵌入通道中，并且布置成检测二氢的存在；

－对于一个或多个下沟槽而言的旁通箱，其具有：

－对于一个或多个下沟槽中的每一个而言的入口和出口，入口流体连接到供应管，出口流体连接到下沟槽，其中，入口和出口通过管道流体连接到彼此，其中，入口对于每个下沟槽不同；

－处于每个相关联的入口与出口之间的门，门能在打开位置与关闭位置之间交替运动，在打开位置中，空气在入口与出口之间自由循环，在关闭位置中，空气阻塞在入口与出口之间；以及

－对于每个门而言的操纵系统，其布置成使门从打开位置到关闭位置交替运动；以及

－控制单元，其布置成从检测装置接收信息，并基于该信息控制每个操纵系统。

通过这种布置，即使在二氢泄漏到嵌入通道中的情况下，也会自动稀释二氢。

有利地，每个门安装成能够绕竖直轴旋转运动，该竖直轴相对于门和入口居中，其中，操纵系统是电动马达，其驱动轴布置成驱动门的轴旋转。

有利地，旁通箱具有通过分离底板与管道分离的凹部，其中，凹部与连接到所述旁通箱的沟槽的上沟槽流体连通，并且分离底板具有穿过它的至少一个孔，至少一个孔流体连接在至少一个管道与凹部之间。

有利地，曝气孔口具有翼片，翼片安装成能够在关闭位置与打开位置之间运动，在关闭位置中，翼片将每个窗口隔离于外部空气，在打开位置中，翼片收起以允许外部空气自由朝向每个窗口穿过，其中，所述飞行器具有运动系统，该运动系统由控制单元控制并且布置成使翼片从打开位置到关闭位置交替运动。

有利地，翼片安装成能够在前部部分旋转运动，其中，运动系统具有底座、滑动件、连接杆、以及致动器，滑动件安装成能够在底座上滑动，连接杆的第一端以铰接方式紧固到滑动件，连接杆的第二端以铰接方式紧固到翼片，致动器由控制单元控制并且布置成沿着底座移动滑动件。

有利地，由控制单元控制的风扇安装在一个或多个供应管中。

有利地，由控制单元控制的加热装置安装在一个或多个供应管中。

附图说明

通过阅读以下对一个示例性实施例的描述，本发明的上述特征及其他特征将变得更加清楚，所述描述参考附图给出，附图中：

图1是根据本发明的飞行器的俯视图；

图2是图1中的飞行器的机身沿线II－II的剖视图；

图3是图1中的飞行器的机翼沿线III－III的剖视图；

图4是图3中翼盒的放大图；

图5是根据本发明的嵌入通道的立体图；

图6是根据本发明的嵌入通道和曝气系统的立体图；

图7是根据本发明的曝气系统的处于关闭位置的曝气孔口的侧剖视图；

图8是处于打开位置的类似于图7的视图；

图9是根据本发明的曝气系统的旁通箱的俯视图和剖视图；以及

图10是根据本发明的曝气系统的旁通箱的详细立体图。

具体实施方式

图1示出了飞行器100，其具有两侧紧固机翼104的机身102。在每个机翼104的下方紧固至少一个推进系统106。

按照惯例，X方向是飞行器100的纵向方向，Y方向是飞行器100的横向方向，当飞行器在地面上时其是水平的，而Z方向是飞行器在地面时的竖直方向或竖直高度，这三个方向X、Y和Z相互正交。

此外，术语“前部”和“后部”是当推进系统106运行时相对于飞行器100的向前运动方向来考虑的，该方向由箭头107示意性地示出。

在本文提出的本发明的实施例中，每个推进系统106包括电动马达、安装在所述电动马达的驱动轴上的螺旋桨108、和向马达供电的燃料电池。

燃料电池被供以氧和二氢以产生电力。

在另一实施例中，推进系统106可以采用喷气发动机的形式，在其燃烧室中燃烧的燃料是二氢。

飞行器100还具有二氢贮存器110，在本例中，该二氢储贮存器设置在机身的后部部分，但也可以设置在飞行器100的另一部分。二氢可以是液态或气态。

为了输送二氢，飞行器100具有二氢在其中流动的至少一个输送管112a－b。出于易于实施的原因，输送管112a－b较佳地设置在飞行器100的顶部部分，并且因此在该顶部部分沿着机身102和机翼104延伸。

在图1所示的本发明实施例中，有输送管112a，其在贮存器110与消耗二氢的消耗设备(燃料电池、喷气发动机)之间延伸，该输送管112a将二氢从贮存器110输向消耗设备；并且有输送管112b，其在消耗设备与贮存器110之间延伸，并且在例如消耗设备尚未消耗所提供的所有二氢的情况下，将二氢从消耗设备输向贮存器110。然而，也可以设置两个输送管以构成将二氢输送到马达的两条并联供应管线。

图2示出了机身102与输送管112a－b的剖视图，图3示出了机翼104与输送管112a－b的剖视图。

在图2所示的实施例中，输送管112a－b被容纳在紧固到机身102的蒙皮外侧的模块中，但它们可以如图3一样直接集成在机身102中，以使得输送管112a－b沿着机翼104循环，在本例中，输送管容纳在机翼104的翼盒中。然而，输送管112a－b也可以容纳在前缘区域或后缘区域中，因为这在对机翼104的翼盒结构的影响方面是不那么有害的。

图4示出了图3的放大视图，但下文给出的应用于机翼104的描述也可以应用于机身102，图5示出了本发明实施例的立体图。

飞行器100对于每个输送管112a－b具有嵌入通道200a－b，所述输送管112a－112b容纳在嵌入通道200a－102b中。

嵌入通道200a－b具有沟槽202，沟槽202具有底部203、与底部203相对的开口，并且在本例中具有盖子204，盖子204通过至少部分地关闭沟槽202中的开口来覆盖该开口。输送管112a－b因此容纳在底部203与开口之间，在本例中容纳在底部203与盖204之间。输送管112a－b通过诸如套环之类的任何适当装置紧固到沟槽202。

在图2至图5所示的本发明实施例中，沟槽202具有梯形截面，但也可能具有不同形状的截面。

盖子204构成飞行器100的外壁，即，其与飞行器100周围的外部空气直接接触。盖子204通过任何适当的紧固装置(如在该情况下为螺栓210)紧固到飞行器100的外壁。

盖子204具有穿过它的通气窗206，通气窗206允许二氢(特别是在输送管112a－b中发生泄漏的情况下)朝向外部通过，这又限制了嵌入通道200a－b中的二氢的浓度以及与二氢的存在相关的风险。较佳地，盖子204相对于底部203处于上部位置，即，在其上方。

通过这样的布置，即使在二氢泄漏到嵌入通道200a－b中的情况下，二氢也会自动向外部排出，这是由于气态二氢的低密度和在盖子204的上部存在通气窗206而自然完成的，不需要放置风扇，从而获得了简单且轻量的安装。因此，在由于二氢的存在而发生起火的情况下，与正在运动的环境空气的直接接触使得可以通过吹出火焰来限制起火程度。此外，这种布置还使得可以在发生起火的情况下将火焰限制在沟槽202中，从而保护附近的环境。

此外，在每个嵌入通道200a－b中放置单个输送管112a－b防止由于对应的输送管112a－b中的泄漏而在嵌入通道200a－b中产生的起火损坏另一嵌入通道200a－b的输送管112a－b。

为了限制通气窗206对飞行中的飞行器100的阻力的影响，每个通气窗206由止挡件208关闭，止挡件208由对二氢透气的材料制成，即止挡件208不可渗透不能进入嵌入通道200a－b的外部水，但尤其对存在于嵌入通道200a－b中、并且可以朝向外部排出的二氢是可渗透的。止挡件208例如由聚丙烯或聚乙烯制成。

为了避免在发生起火的情况下，由于止挡件208的存在，起火仍然被限制在嵌入通道200a－b中，每个止挡件208由在热作用下易于破裂的材料构成，如聚丙烯或聚乙烯。通过在热作用下破裂，止挡件208构成易熔部件，如果需要，该易熔部件使得可以打开通气窗206以吹出火焰。具体地，用于止挡件208的材料被选择成使得当沟槽202内的温度达到低于沟槽202和安装在沟槽202中的输送管112a－b的最大可接受温度的值时，即，不再保证沟槽202和输送管112a－b的完整性的温度时，止挡件208破裂。

在超压的情况下，还可以提供盖子204在超压作用下破裂，从而限制沟槽202破裂的风险。为此，例如通过实现更薄的区域，盖子204的抗撕裂性低于沟槽202的抗撕裂性。也可以设置成在盖204的紧固装置处发生破裂，例如通过使用超过一定压力就破裂的易熔螺栓。

在沟槽202中发生起火的情况下，并且为了限制起火向飞行器100内部蔓延的风险，沟槽202由耐火材料制成，更具体地，由即使在沟槽202发生起火时也能够保持其机械性能的材料制成。该材料例如是钛、钛合金或具有不耐火的芯但覆盖有耐火保护层(如岩棉或陶瓷)的材料。

沟槽202在底部203具有至少一个低点212，这使得可以将可能积聚在沟槽202中的水朝向一个或多个低点212排出。然后，飞行器100对于每个低点212具有排出管214，排出管214的第一端在低点212处流体连接到沟槽202，排出管的第二端朝向飞行器100外部开口，其中，排出管214在第一端与第二端之间具有下降斜坡，从而在重力作用下排出由此收集的水。

在地面上，排出管214使得可以排出水，在飞行中，第一端与第二端之间的压差允许嵌入通道200a－b在通气窗206和止挡件208存在时通过它们进行额外的自然通气，然后通气窗206及止挡件208较佳地是透气的。

为了给每个嵌入通道200a－b曝气，飞行器100具有曝气系统600，该曝气系统600在本例中设置在飞行器100的上部部分，处于机翼104的连结部处，并且使得可以引入外部空气并将该外部空气发送到每个嵌入通道200a－b中。

为了避免将输送管112a－b紧固在嵌入通道200a－b中的附接件干扰来自曝气系统600的空气流，沟槽202在底部203与开口之间具有中间底板520。中间底板520与底部203相距一定距离，并将沟槽202分隔成上沟槽521和下沟槽523，输送管112a－b紧固在上沟槽521中，来自曝气系统600的空气在下沟槽523中循环。上沟槽521在中间底板520与盖子204之间延伸，下沟槽523在底部203与中间底板520之间延伸。

为了允许空气从下沟槽523朝向上沟槽521行进，中间底板520是穿孔的，并且在本例中具有穿过它的孔522，使得可以确保上沟槽521的通气。具体地，由于特定区域中的元件或连接件的数量，特定区域需要特别曝气，由此将这些孔522设置在这些区域中是明智的。这样的区域例如是具有大量输送管112a－b、弯管等的区域。

图6示出了根据本发明的曝气系统600，其具有沟槽202，但没有容纳在所述沟槽202中的输送管112a－b。

曝气系统600具有布置成收集飞行器100外部的空气的曝气孔口610、和流体连接到曝气孔口610的至少一个供应管614。

在图6所示的本发明实施例中，有组群成供应网络612的多个供应管614，每个供应管614将在曝气孔口610处从外部吸入的空气导向沟槽202的一个或多个下沟槽523。

在本文示出的本发明实施例中，曝气孔口610可以交替地采用图7中的关闭位置和图8中的打开位置。

此处部分地(以点划线)示出的外蒙皮630覆盖沟槽202和供应网络612并构成盖子204。该外蒙皮630可以是飞行器100的外蒙皮，或者是紧固到飞行器100的蒙皮的附加蒙皮。该外蒙皮630确保了限制能耗的空气动力学表面。

曝气孔口610具有在外蒙皮603中形成的进气口602，每个供应管614在该进气口处经由朝向飞行器100的前部敞开的窗口604敞开，以便在飞行器100向前运动或停止时收集外部空气。

飞行器100对于一个或多个下沟槽523具有旁通箱601，即，在供应管614与一个或多个下沟槽529之间的每个交叉点处。

在图9中的剖视图和图10中的外部视图中观察旁通箱601，旁通箱601对于每个下沟槽523具有流体连接到供应管614的入口902、和流体连接到所述下沟槽523的出口904，其中，入口902和出口904通过管道905流体连接到彼此。入口902和出口904对于每个下沟槽523是不同的，并且通过壁903与相邻的入口902分隔开。

因此，在入口902处进入的空气流将在相关的出口904处扩散，从而控制在每个下沟槽523处流动的空气流，旁通箱601在相关联的入口902处配备有门906，门906能够在打开位置和关闭位置之间交替运动，在打开位置中，空气在入口902与出口904之间自由循环，在关闭位置中，空气被阻塞在入口902与出口904之间。在本文示出的本发明实施例中，门906在入口902处，但是它可以设置在出口904处，并且一般而言可以设置在相关联的入口902与出口904之间的任何地方。

对于每个门906，旁通箱601具有由控制单元50根据如下所述要求控制的操纵系统。操纵系统(如电动马达907)布置成使得所述门906交替地从打开位置运动到关闭位置。

在本例中，每个门906是安装成能够绕竖直轴旋转运动的门，该竖直轴相对于门906和入口902居中，而相关联的马达907的驱动轴在本例中布置成驱动门906的轴旋转。

在本文示出的本发明实施例中，每个旁通箱601有三个下沟槽523，但这个数量可以从一开始变化，即每个旁通箱601有至少一个下沟槽529。

飞行器100具有检测组件，该检测组件具有多个检测装置52(如二氢检测器619)，其分布在每个嵌入通道200a－b中并连接到控制单元50。每个检测装置52布置成检测二氢的存在，并且其布置成向控制单元50发送关于它是否已检测到二氢的信息。基于由每个检测装置52发送并由控制单元50接收的信息，控制单元50将控制每个操纵系统907以打开或关闭相关联的门906。

根据一种特定运行模式，在正常运行中，即，当检测组件未检测到二氢泄漏时，控制单元50控制每个门906的操纵系统907，使得所述门906处于打开位置，从而具有朝向每个下沟槽523的相似通气。

根据相同的特定运行模式，当检测组件在输送管112a－b处检测到二氢泄漏，并且飞行器100处于地面上时，其通知控制单元50，控制单元50控制对应于不受泄漏影响的下沟槽523的每个门906的操纵系统907来使所述门906处于关闭位置，并控制对应于受泄漏影响的下沟槽523的每个门906的操纵系统907来使所述门906处于打开位置，从而使所述输送管112a－b的曝气最大化。

因此，这样的布置允许在正常状态或泄漏状态下有效管理空气流，特别是在发生泄漏时快速稀释二氢。

在管道905上方，旁通箱601具有凹部603，该凹部603通过分离底板605与管道905分离。凹部603与沟槽202的上沟槽521流体连通，沟槽202通过其下沟槽523连接到所述旁通箱601。该凹部603布置成允许将在每个沟槽202中被分开的输送管112a－b经过。

为了确保旁通箱601的凹部603的通气，分离底板605具有穿过它的至少一个孔607，孔607流体连接在至少一个管道905与凹部603之间。

为了限制飞行中的阻力，曝气孔口610具有翼片620，该翼片安装成能够相对于外蒙皮630在关闭位置(图6和图7)与打开位置(图8)之间运动，在关闭位置中，该翼片将每个窗口604隔离于外部空气(箭头702)，并延续于所述外蒙皮630，在打开位置中，该翼片被收起，以允许外部空气自由地流向每个窗口604(箭头802)。

每个窗口604布置在碗状部606中，碗状部608被翼片620关闭或者当翼片620打开时打开。

翼片620制成为由运动系统704移动，该运动系统704由控制单元50控制并布置成使翼片620从打开位置到关闭位置交替运动。

根据一种特定运行模式，在正常运行中，即，当检测组件没有检测到二氢泄漏并且飞行器100处于地面上时，控制单元50控制运动系统704以将翼片620置于打开位置，从而确保均匀的空气流进入下沟槽523，其中门906都处于打开位置。

根据相同的特定运行模式，当检测组件在输送管112a－b处检测到二氢泄漏，并且飞行器100处于地面上时，其通知控制单元50，控制单元50控制运动系统704以将翼片620置于打开位置，从而确保空气进入，并且控制对应于不受泄漏影响的下沟槽523的每个门906的操纵系统907来使所述门906处于关闭位置，并且控制对应于受泄漏影响的下沟槽523的每个门906的操纵系统907来使所述门906处于打开位置，从而使所述输送管112a－b的曝气最大化。

根据相同的特定运行模式，在正常运行中，即，当检测组件没有检测到二氢泄漏并且飞行器100处于飞行阶段时，控制单元50控制运动系统704以将翼片620置于关闭位置，从而限制阻力，而门906在必要时保持在打开位置。

根据相同的特定运行模式，当检测组件在输送管112a－b处检测到二氢泄漏，并且飞行器100处于飞行阶段时，其通知控制单元50，控制单元50控制运动系统704以将翼片620置于打开位置，从而确保空气进入，并且控制对应于不受泄漏影响的下沟槽523的每个门906的操纵系统907来使所述门906处于关闭位置，并且控制对应于受泄漏影响的下沟槽523的每个门906的操纵系统907来使所述门906处于打开位置，从而使所述输送管112a－b的曝气最大化。

为了有助于空气在供应管614中的流动，特别是当飞行器100处于地面上时，风扇650安装在一个或多个供应管614中，并且这些风扇650由控制单元50控制，以增加空气流速，从而更快地解决由泄漏引起的潜在问题。

以同样的方式，为了避免冰的出现，借助加热装置652(例如加热电阻器)加热外部空气，该加热装置安装在一个或多个供应管614中并且由控制单元50控制。

在图7和图8所示的本发明实施例中，关于飞行器100的结构，翼片620安装成能够在前部部分绕平行于横向方向Y的铰接销706旋转运动。

在关闭位置中，翼片620被升高以定位在窗口604的前面并关闭它们，在打开位置中，翼片620被降低以释放窗口604。

在本例中，运动系统704布置在翼片620下方，并且具有：紧固到飞行器100的结构的底座708；安装成能够在底座708上(在本例中平行于纵向方向X)滑动的滑动件710；连接杆712，其第一端以铰接方式紧固到滑动件710，其第二端以铰接方式紧固到翼片620；以及致动器714，其由控制单元50控制并且布置成沿着底座708移动滑动件710。

根据滑动件710的运动方向，杆712将被升高或降低，同时驱动翼片620。

致动器714例如是千斤顶。

借助已知装置(例如T形轨道和凹槽型的滑动连接件)引导滑动件710在底座708上平移。

为了防止空气在供应管614中的一个被关闭时不再到达旁通箱601，供应网络612由多个供应管614构成，多个供应管614多次合并和分离，以产生可供空气使用的各种路径。

以同样的方式，在本例中，有五个窗口604，以防止在其中一个窗口阻塞的情况下空气不到达旁通箱601。

根据一个具体实施例，控制单元50具有通过通信总线连接的：处理器或CPU(中央处理单元)；随机存取存储器(RAM)；只读存储器(ROM)；诸如硬盘之类的存储单元、或诸如SD(安全数字)读卡器之类的存储介质读取器；至少一个通信接口，其允许例如控制单元50与传感器和马达通信。

处理器能够执行从ROM、从外部存储器(未示出)、从储存介质(诸如SD卡)或从通信网络加载到RAM中的指令。当设备通电时，处理器能够从RAM读取指令并且执行它们。这些指令形成计算机程序，该计算机程序使处理器实施本文描述的所有或一些算法和步骤。

以下描述的所有或一些算法和步骤可以通过使用可编程机器(例如DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行成组指令以软件形式实施，或者可以通过机器或专用组件(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))以硬件形式实施。