本申請涉及飛機設計領域，具體涉及對飛機上的用于引氣增壓的空氣渦輪壓縮機的設計，該空氣渦輪壓縮機包括空氣渦輪和由該空氣渦輪驅動的壓縮機。
背景技術：
1、飛機中的燃油箱惰化系統通常從發動機系統或機艙系統引氣，并且一些燃油箱惰化系統具體采用引氣增壓的方式進行引氣。為了對引氣進行增壓，在空氣準備系統中通常配備有空氣渦輪壓縮機，該空氣渦輪壓縮機包括渦輪機和壓縮機，壓縮機在渦輪機的驅動下運行，以對進入燃油箱惰化系統的引氣進行增壓。
2、在空氣渦輪壓縮機的使用過程中，發現其存在一些問題。具體來說，空氣渦輪壓縮機的渦輪機與壓縮機的熱效率一般來說無法達到100％，這樣，在渦輪機進行膨脹做功時，渦輪機中驅動渦輪機運行的工質的溫度會下降，而若工質中含有較多水分時，這些水分會結冰，并且尤其容易在渦輪機的出口處結冰。在渦輪機出口結冰會堵塞出口，導致空氣渦輪壓縮機的運行故障。而在另一方面，在壓縮機中，當引氣被壓縮的過程中，引氣壓力增加，同時引氣的溫度也會上升，當溫度較高的引氣進入空氣準備系統時，會導致空氣準備系統超溫。
3、無論是渦輪機中的結冰還是壓縮機中的升溫都會對燃油箱惰化系統的正常運行帶來負面影響，降低其運行效率，進而危及飛機的安全性。
4、為了解決空氣渦輪壓縮機的上述問題，在現有的飛機中通常會采取措施來盡量增加渦輪機的進口溫度，以及降低壓縮機的進口溫度。同時，會在壓縮機的出口處設置溫度傳感器，一旦檢測到壓縮機出口溫度超溫，立即切斷渦輪機的引氣，停止空氣渦輪壓縮機的運行。不過，這種措施會增加對飛機系統設計的約束，同時還會降低空氣渦輪壓縮機的利用率。
5、現有技術中還采取其他方式來解決空氣渦輪壓縮機的上述問題。例如，在ca2497581a1中提出在壓縮機中噴射制冷劑的方式來降低壓縮機出口的溫度。不過，這種方式雖然能夠實現降低溫度的目的，但由于在壓縮機中添加了制冷劑，這就在進入燃油箱惰化系統中的引氣中增加了一種雜質，從而影響燃油箱惰化系統的運行。除此之外，現有技術中還提出增加換熱系統來實現對空氣渦輪壓縮機的溫度控制，例如在ca2710280a1和us448562a中公開了該換熱系統。但是，該換熱系統需要額外增加設備，因此這種方案不適用于民用飛機，具體是不符合民用飛機的減重要求。
6、因此，在現有技術中，存在對飛機的空氣渦輪壓縮機的結構進行改進的需求，以解決以上所述現有技術中所存在的問題。
技術實現思路
1、本申請是為了解決以上所述現有技術中所存在的問題而做出的。本發明的目的是提供一種用于飛機的空氣渦輪壓縮機，其能夠平衡空氣渦輪壓縮機中的溫度，一方面避免渦輪機結冰，另一方面也能避免離開壓縮機的引氣超溫的問題。
2、本申請的空氣渦輪壓縮機包括渦輪機、壓縮機和連接在渦輪機和壓縮機之間的傳動軸，傳動軸將渦輪機的渦輪葉輪的轉動傳遞給壓縮機的壓縮葉輪。該空氣渦輪壓縮機還包括熱平衡裝置，熱平衡裝置連接在渦輪機和壓縮機之間，并且熱平衡裝置設置成將壓縮機中的熱量傳遞到渦輪機。
3、在空氣渦輪壓縮機中，通過設置連接在渦輪機和壓縮機之間的熱平衡裝置，可將壓縮機中過多的熱量轉移給渦輪機，這樣可以避免壓縮機超溫，進而避免因超溫導致的空氣渦輪壓縮機切斷，提高空氣渦輪壓縮機的運行效率，并且同時可提高渦輪機的溫度，防止渦輪機處、尤其是渦輪機的出口處結冰而導致空氣渦輪壓縮機運行故障，提高空氣渦輪壓縮機的運行安全性。
4、在一種示例性的具體結構中，熱平衡裝置包括至少一個集成熱管，集成熱管包括蒸發端、冷凝端和絕熱部分，蒸發端連接在壓縮機上，冷凝端連接在渦輪機上，絕熱部分在蒸發端和冷凝端之間延伸。集成熱管的結構簡單，可容易地實現渦輪機和壓縮機之間的熱傳遞，從而實現熱平衡。
5、較佳地，熱平衡裝置包括沿著渦輪機和壓縮機的徑向布置的多層集成熱管，每層集成熱管沿著渦輪機和壓縮機的周向布置。例如，可沿著徑向布置1到3層集成熱管。
6、進一步較佳地，集成熱管滿足如下尺寸關系中的至少一種：
7、集成熱管的直徑在0.5cm到2cm的范圍中；
8、相鄰兩層集成熱管之間的間距在4cm-10cm的范圍中；以及
9、同一層集成熱管中的相鄰兩個集成熱管之間沿周向的間隔角度在12°到20°的范圍中，其中所述的間隔角度為從橫截面看相鄰兩個集成熱管的中心到壓縮機的中心的連線之間所形成的角度。
10、上述集成熱管的尺寸可實現較佳的熱量傳送強度，滿足飛機常用的空氣渦輪壓縮機的渦輪機和壓縮機之間的熱平衡需求。
11、在一種較佳的結構中，每個集成熱管包括多根毛細熱管，毛細熱管結合在一起并容納在集成熱管的外管中，毛細熱管包括：
12、蒸發部段，每個集成熱管中的所有毛細熱管的蒸發部段結合在一起，形成蒸發端；
13、冷凝部段，每個集成熱管中的所有毛細熱管的冷凝部段結合在一起，形成冷凝端；以及
14、絕熱部段，絕熱部段在蒸發部段和冷凝部段之間延伸。
15、進一步較佳地，外管由金屬材料制成；和/或在外管的外表面上涂敷有絕熱材料。金屬制成的外管可有效地保護容納在其中的毛細熱管，而涂敷在外管的外表面上的絕熱材料可阻隔毛細熱管與外界的換熱，提高渦輪機與壓縮機之間的熱傳遞。
16、較佳地，在毛細熱管中形成有毛細吸液芯，毛細吸液芯連接在蒸發部段和冷凝部段之間。毛細吸液芯有助于使液態的相變工質均勻地從冷凝部段移到蒸發部段。
17、較佳地，毛細吸液芯形成為溝槽的形式。例如，該溝槽可形成在毛細熱管的外壁的內表面上。當然，通過將毛細熱管的直徑做得足夠小，也可由毛細熱管的外壁的整個內表面來起到毛細吸液芯的功能，而不必在外壁上再設置其他額外的結構。
18、在毛細熱管中容納有相變工質，相變工質在蒸發部段從壓縮機吸收熱量而相變為氣態，相變工質在冷凝部段向渦輪機放熱而相變為液態，液態的相變工質在毛細吸液芯的作用下從冷凝部段移到蒸發部段。
19、較佳地，該相變工質可以選擇丙酮，或者，根據具體的換熱強度要求，確定具體的相變工質相變溫度點，并基于該具體的相變溫度點來匹配選擇其他類型的工質，例如氟醚類化合物、無機水合物等。
1.一種空氣渦輪壓縮機，所述空氣渦輪壓縮機包括渦輪機、壓縮機和連接在所述渦輪機和所述壓縮機之間的傳動軸，所述傳動軸將所述渦輪機的渦輪葉輪的轉動傳遞給所述壓縮機的壓縮葉輪；
2.如權利要求1所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述熱平衡裝置包括至少一個集成熱管，所述集成熱管包括蒸發端、冷凝端和絕熱部分，所述蒸發端連接在所述壓縮機上，所述冷凝端連接在所述渦輪機上，所述絕熱部分在所述蒸發端和所述冷凝端之間延伸。
3.如權利要求2所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述熱平衡裝置包括沿著所述渦輪機和所述壓縮機的徑向布置的多層所述集成熱管，每層所述集成熱管沿著所述渦輪機和所述壓縮機的周向布置。
4.如權利要求3所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述集成熱管滿足如下尺寸關系中的至少一種：
5.如權利要求2-4中任一項所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，每個所述集成熱管包括多根毛細熱管，所述毛細熱管結合在一起并容納在所述集成熱管的外管中，所述毛細熱管包括：
6.如權利要求5所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述外管由金屬材料制成；和/或
7.如權利要求5所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，在所述毛細熱管中形成有毛細吸液芯，所述毛細吸液芯連接在所述蒸發部段和所述冷凝部段之間。
8.如權利要求7所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述毛細吸液芯形成為溝槽的形式。
9.如權利要求7所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，在所述毛細熱管中容納有相變工質，所述相變工質在所述蒸發部段從所述壓縮機吸收熱量而相變為氣態，所述相變工質在所述冷凝部段向所述渦輪機放熱而相變為液態，液態的所述相變工質在所述毛細吸液芯的作用下從所述冷凝部段移到所述蒸發部段。
10.如權利要求9所述的空氣渦輪壓縮機，其特征在于，所述相變工質為丙酮。