飞机结构与系统(第九章-座舱环境控制系统)

南京航空航天大学民航学院第九章座舱环境控制系统本章内容座舱环境控制系统概述气源系统空调系统蒸发循环冷却系统座舱增压控制系统飞机氧气系统南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述使飞机的座舱和设备舱在各种飞行条件下具有良好的环境参数，以满足飞行人员、乘客和设备的正常工作和生活条件。座舱环境参数：•座舱空气的温度、压力；•温度、压力的变化速率；•空气流量、流速、清洁度；•噪音。一、座舱环境控制系统的基本任务南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述大气物理特性主要指大气压力和温度随高度的变化。1.大气压力和温度随高度的变化规律：中纬度地区平均大气参数为基准，定出国际标准大气。二、大气物理特性及其对人体生理的影响南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述1.大气压力和温度随高度的变化规律：二、大气物理特性及其对人体生理的影响温度随高度的变化南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述2.民航客机巡航高度：一般在对流层（0－8/18km）飞行，•温度、压力随高度降低•强烈对流•湿度、固态杂质随高度迅速降低二、大气物理特性及其对人体生理的影响南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述3.大气物理特性对人体生理的影响1）大气压力•缺氧无感觉区（2km以下）、完全代偿区（2～4km）。二、大气物理特性及其对人体生理的影响高度（ft/m）含氧饱和度症状8000/243890％以上无明显反应10000/304890％长期停留会出现头痛、疲劳15000/457281％昏昏欲睡、头痛、嘴唇指甲发紫，视力、判断力减弱，脉搏、呼吸加快。22000/670668％出现惊厥25000/762050％不供氧则5分钟后失去知觉南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述3.大气物理特性对人体生理的影响1）大气压力•低压随着压力的降低，人体会出现胀痛和气肿等症状。严重时产生高空减压症，其三种形式：•高空气胀•皮肤组织气肿•高空栓塞二、大气物理特性及其对人体生理的影响南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述3.大气物理特性对人体生理的影响2）大气压力变化速度•飞机急剧上升或下降时人体脏室内压力来不及与座舱压力平衡，引起组织器官膨胀或压缩。•爆炸减压座舱高空突然失密，座舱内外压力迅速平衡，产生气浪冲击，导致高空缺氧、低温、低压。二、大气物理特性及其对人体生理的影响南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述3.大气物理特性对人体生理的影响3）温度和湿度•温度15~25度最适宜。短时间温度变化过大易产生感冒症状。•湿度取决于相对湿度。•高湿度–高温—“闷热”–低温—“湿冷”•低湿度症状不明显，随时间增加而增加。二、大气物理特性及其对人体生理的影响南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述3.大气物理特性对人体生理的影响4）其他环境参数•臭氧•低浓度臭氧对人体无危害；•在20～25km高度，臭氧浓度很大，可达大气的6%~9%,对人体有毒性，会引起呼吸困难、嗅觉失灵和视觉衰退，通常规定乘员舱内臭氧浓度不超过0.2ppm;•化学性质活泼，对飞机上的橡胶件有较强腐蚀作用。二、大气物理特性及其对人体生理的影响南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述3.大气物理特性对人体生理的影响4）其他环境参数•噪声噪音作为一种能量形式，可以用频率、振幅、波长和声压等参数表明。•频率：4000Hz以上声音具有强烈刺激。•声压（噪音量）：人耳能承受的最大噪声120dB飞机噪声源：发动机、气动力，现代飞机达115～120dB以上。座舱噪声量规定应在80～100dB以下。二、大气物理特性及其对人体生理的影响南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述1.供氧装置一般在4km左右高度开始供氧，适用于低空低速螺旋桨飞机，也可作为喷气式客机气密座舱的补充方式。三、克服不利环境的技术措施南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述2.气密座舱（增压座舱）在大环境中建立封闭的小环境。•调节座舱气压，保证机上人员有足够氧气分压；•调节座舱温度。1）气密座舱形式•大气通风式气密座舱（适合20～25km以下高度）三、克服不利环境的技术措施南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述2.气密座舱（增压座舱）1）气密座舱形式•大气通风式气密座舱优点：•直接由发动机引气，温度较高；•座舱所需供气量较少，对发动机影响不大；•气密性要求相对较低，密封结构简单，易维护。缺点：•发动机工作状态变化时，会引起座舱供气不稳定。三、克服不利环境的技术措施南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述2.气密座舱（增压座舱）2）气密座舱形式•再生式（自主式）气密座舱（适合25km以上高度）与外界大气条件完全无关。三、克服不利环境的技术措施南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述2.气密座舱（增压座舱）3）气密座舱环境参数•座舱温度–最舒适的座舱温度20～22度，正常保持在15～26度；–座舱温度场均匀，各处温差一般不超过±3度；–座舱内壁和地板温度与舱内一致并高于露点。三、克服不利环境的技术措施南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述2.气密座舱（增压座舱）3）气密座舱环境参数•座舱高度座舱内空气的绝对压力值所对应的标准气压高度；–一般要求飞机在最大设计巡航高度，必须能保持大约2400m的座舱高度；–现代一些大中型飞机，座舱高度达到10000ft（3050m）时告警。三、克服不利环境的技术措施南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述2.气密座舱（增压座舱）3）气密座舱环境参数•座舱余压座舱内空气的绝对压力值与外部大气压力之差就是座舱空气的剩余压力，简称余压。–B747-400最大余压9.1psi(62.7kpa,0.62atm)；三、克服不利环境的技术措施南京航空航天大学民航学院座舱环境控制系统概述2.气密座舱（增压座舱）3）气密座舱环境参数•座舱高度变化率单位时间内座舱高度的变化速率。–飞机爬升或下降，其飞行高度的变化；–座舱供气流量的突然变化。三、克服不利环境的技术措施南京航空航天大学民航学院气源系统现代民航大中型客机气源系统提供具有一定流量、压力和温度的增压空气，以保证座舱温度控制和增压控制。南京航空航天大学民航学院气源系统B737-800南京航空航天大学民航学院气源系统典型飞机气源系统高（中压）引气引气活门（PRSOV、调压关断阀）•调压•关断•限制下游温度预冷器控制（737NG－199~229度）南京航空航天大学民航学院空调系统控制通往座舱空气的流量、调节温度、排除空气中过多的水分，最后将空调空气分配到座舱的各个出气口。•冷却系统•冲压空气系统•温度控制系统•再循环系统•分配系统南京航空航天大学民航学院空调系统1.涡轮风扇式（涡轮通风式）冷却系统冲压空气热交换器（P310）顺流式逆流式叉流式涡轮冷却一、冷却系统南京航空航天大学民航学院空调系统1.涡轮风扇式（涡轮通风式）冷却系统•简单、轻便•地面停机可用•随飞行高度增加，空气密度下降，风扇负荷减小，涡轮转速增加，影响涡轮寿命。•军机应用较多一、冷却系统南京航空航天大学民航学院空调系统2.涡轮压气机式（升压式）冷却系统•高空条件下，保障增压•高速条件下，制冷效果好；•供气压力、量小；•运行平稳，寿命长；•地面状态制冷能力差。一、空气循环冷却系统南京航空航天大学民航学院空调系统3.涡轮压气机风扇式（三轮式）冷却系统•兼有通风式和升压式的优点；•在现代大中型民航飞机得到广泛应用。一、冷却系统南京航空航天大学民航学院空调系统4.湿度控制在空气循环冷却系统中采用水分离器（除水器）•低压除水涡轮出口后除水，用于中小型飞机，需防结冰。一、冷却系统南京航空航天大学民航学院空调系统4.湿度控制•高压除水涡轮进口前除水，效率高（0.95~0.98），用于大型客机，不易结冰。一、冷却系统南京航空航天大学民航学院空调系统一、冷却系统南京航空航天大学民航学院空调系统控制冷热路空气的混合比例，从而控制驾驶舱和客舱的温度。•纯混合比控制总供气量不变，多用于民航客机。•冷热路共同控制•热路控制（现代大中型飞机）二、温度控制系统南京航空航天大学民航学院空调系统•旁路控制保持冷却空气流量基本不变，改变热路流量。二、温度控制系统南京航空航天大学民航学院空调系统通过将座舱空气的再循环利用，减少用于座舱空调的发动机引气。大约50%空气来自于再循环空气。三、再循环系统南京航空航天大学民航学院空调系统将调节好的空调空气输送到各个舱区。四、座舱空气分配系统南京航空航天大学民航学院空调系统四、座舱空气分配系统南京航空航天大学民航学院空调系统保持货舱温度高于冰点。主要加温方式：•气源系统热路空气（未与冷路空气混合）加温；•设备冷却系统排出的热空气加温；•货舱内部空气循环加温（加温风扇）；•客舱空气加温。五、货舱加温系统南京航空航天大学民航学院空调系统对电子设备进行冷却，保证电子设备正常工作。六、设备冷却系统南京航空航天大学民航学院空调系统•除去厨房、卫生间异味。•强迫空气流过区域温度传感器七、通风系统南京航空航天大学民航学院空调系统1.自动关断1）超温关断•压气机出口超温；•涡轮进口超温；•座舱供气管路超温。2）热交换器冷却空气流量过小关断3）起飞爬升过程单发停车2.空调系统压气机出口空气超温故障•一级散热器散热空气量不足；•引气控制失效；•温控阀或控制器失效。八、空调系统的非正常工作南京航空航天大学民航学院蒸发循环冷却系统改变液体压力，使液体在不同温度蒸发、散热。•用于某些大型运输机；•比空气循环系统有更大冷却能力；•地面发动机不工作时可用；•重量、体积大，现代民航机少用。氟利昂：沸点39°F(3.9°C)南京航空航天大学民航学院座舱增压系统保证在给定的飞行高度范围内，座舱的压力及其变化速率满足乘员较舒适生存的需求，并保证飞机结构的安全。一、基本任务南京航空航天大学民航学院座舱增压系统通过控制座舱供气量和排气量，控制座舱压力及其变化规律。为保持压力控制与温度控制相互独立，飞机座舱压力控制一般都采用保持供气量不变，而改变排气量的方法。二、增压控制原理南京航空航天大学民航学院座舱增压系统1.座舱高度一般不超过8000ft（2400m）。2.座舱高度变化率爬升过程不超过500ft/min;下降时不超过350ft/min。3.座舱余压一般不超过8.6～9.1psi三、主要控制参数南京航空航天大学民航学院座舱增压系统1.自动方式四、正常增压控制一般需输入巡航高度和机场标高。2.备用方式3.人工方式南京航空航天大学民航学院座舱增压系统四、正常增压控制①地面不增压②起飞预增压③爬升阶段④巡航阶段⑤下降阶段⑥着陆预增压⑦停机不增压预增压：防止起飞、着陆过程中飞机姿态的突然改变使座舱压力波动。南京航空航天大学民航学院座舱增压系统五、应急增压控制1.正压释压活门座舱内外压差超过一定值时打开，以释放多余座舱压力，防止压差过大损坏飞机结构。2.负压活门防止座舱内的压力低于座舱外的压力。3.座舱高度警告系统座舱高度高于某值（一般为10000ft座舱高度左右）时发出音响警告。南京航空航天大学民航学院飞机氧气系统功用：保证飞机座舱失密后的供氧，以及飞行中的紧急医疗救助、着火和其他紧急情况。南京航空航天大学民航学院飞机氧气系统大多数由高压氧气瓶供氧，向机组供应低压氧气。一、机组氧气系统南京航空航天大学民航学院飞机氧气系统1.氧气瓶航空呼吸用氧与其他用途氧气的主要区别在于不含水分，纯度达99.5%，以防结冰或生锈。使用氧气瓶要主要：不允许将氧气瓶内氧气全部用完，当瓶内压力降至50psi就视为无氧气。•高压氧气瓶最大2000psi（绿色）•低压氧气瓶最大450psi（淡黄色）一、机组氧气系统南京航空航天大学民航学院飞机氧气系统2.氧气面罩和调节器现代飞机氧气面罩和调节器通常是一体的。主要功能：•稀释供氧（需求供氧）•100%供氧（需求供氧）•应急供氧（连续供氧）•面罩固定软管通气•供氧试验一、机组氧气系统南京航空航天大学民航学院飞机氧气系统大多采用化学氧气发生器供气。化学氧气发生器芯子