第2章-飞机环境控制系统的设计要求

航空保障技术与工程课程安排：12-19周学时：32讲师：刘磊Page2第二章飞机环境控制系统的设计要求压力温度湿度通风换气气密座舱外界隔离Page32.1舱内压力条件及要求2.1.1舱内压力选择的生理基础1.为避免人员缺氧，需要有足够的氧分压；2.为防止火灾，大气中需要有足够的惰性气体；3.为避免减压病，舱内压力必须大于相应飞行高度上的外界大气压力；4.人类生活习惯以及其他因素。根据人类的生活习惯，地面大气压力下氧体积分数为21%的氧氮混合气体是乘员舱大气的理想选择；微重力的影响也必须进行地面对照试验。Page42.1.2舱内压力制度舱内压力制度的制定取决于机种和飞行任务，并应满足成员的生理要求。理想的舱内压力制度：海平面~2400m高度内舱内不加压；2400m~飞机的使用升限始终保持2400m高度上的相对压力。缺点：会导致舱内外高压差，为提高飞机结构的安全性，降低爆炸减压的危险性，飞机结构质量较大。解决：使飞机舱内的绝对压力和余压（或压差）随飞行高度而变化，其变化规律可用座舱压力制度来表示。Page5座舱压力制度:图2.1飞机舱内绝对压力和余压与飞行高度之间的关系图a~b自由通风区：随H增加，舱内没有余压；b~c绝对压力调节区：随H增加，舱内压力保持不变，座舱余压增加；c~d等余压区：随H增加，舱内压力逐渐减小，但余压保持不变，直至飞行高限。101.38053.326.667606004002000210121416468abdcH/kmP/kPammHgP/座舱余压制度大气压力Page6不同种类的飞机，执行的任务不同，采用的压力制度也不同。歼击机：低余压制度，压差控制在29.3~36kPa;轰炸机——续航时间长，执行任务时可能有受损伤而产生爆炸减压的危险双余压制度：续航时候，高余压，压差控制在40.53~72kPa战斗时候，低余压，压差控制在39.2kPa旅客机：巡航时舱内压力对应高度不超过2400m，采用高余压制度，舱内压力控制在81.46~101.3kPa，不同机型还有不同限制。/kPa101.38053.326.667606004002000210121416468大气压力旅客机歼击机轰炸机（双余压）PmmHgP/H/kmPage72.1.3舱内压力变化速率限制座舱压力变化人体特殊疼痛感，尤其是中耳飞机爬升、下降、供气量变化解决：控制飞机爬升和下降速率座舱增压速率/（kPa•s-1）（mmHg•s-1）座舱减压速率/（kPa•s-1）（mmHg•s-1）旅客机运输机0.018~0.0210.135~0.160.021~0.0430.16~0.32军用机0.40~0.673.0~5.00.67~1.3335.0~10.0目前，各国对座舱增压速率和减压速率的规定和要求是有差异的。见书上表2-2Page82.2舱内温湿度条件及要求2.2.1舱内温度条件及要求旅客机歼击机1.舱内空气温度保持在15~26°C。2.最适宜温度为20~22°C，舱内任意两点温度差不超过3~5°C；3.舱内壁表面与空气之间的温度差≤3°C。1.用飞行员周边温度tpe来表示；2.冷却条件下，高湿度状态下，tpe=24°C;低湿度状态下，tpe=29°C。3.加温条件下，理想的tpe=21~26.7°C;4.“温室效应”可使座舱升温5~12°C，需要进行降温；5.飞行员头顶受太阳直射，温度应低于座舱底部温度，要保证驾驶舱上下温差为3~5.5°C。Page92.2.2舱内湿度条件及要求1.理想舱内相对湿度：30%~70%；根据舒适度要求，最好控制在50%；理想的要求理想舱内相对湿度：30%~70%；根据舒适度要求，最好控制在50%不需要加湿1.军用飞机，飞行时间较短2.大多数短途飞行的旅客机3.续航时间长的客机的客舱需要加湿1.续航时间长的客机的驾驶舱2.飞行高度超过10km，飞行时间超过12h的飞机3航空急救运输机需要除湿飞机低空飞行或地面滑行，尤其在夏季Page102.2.3舱内气流速度条件及要求旅客机军用飞机1.客舱内的空气流速应在0.2~0.5m/s，以避免人体裸露部分有冷的感觉；2.使用个人通风装置时，空气温度一般为10~12°C，舱内流过人员头部的气流速度应≤1.5m/s。1.取决于座舱需要的供气量和空气分配的需求，要求为0.5~1.5m/s；2.大流量状态下，除面部和身体裸露部分外，身体周围的流速允许达到3.0m/s。3.吹向飞行员头部的水平气流不要直接吹向人的眼睛，以避免眼球干燥引发视觉障碍。Page112.2.4舱内温湿度综合指标为了综合评价舱内热环境条件，需要综合考虑空气的温度、湿度、速度和辐射等因素对人的影响。一般用有效温度ET或三球温度WBGT等综合指标来评价。有效温度ET三球温度WBGT两者的联系1.考虑空气温度、湿度和速度的影响；2.旅客机，夏季舒适区，ET=17.8~26.1°C，平均值22°C冬季舒适区，ET=15.6~23.3°C，平均值18.9°C；3.战斗机在正常飞行下可以保持在舒适区ET=15.5~26.5°C，但是某些特殊飞行条件，则要综合考虑人体对环境温度的耐受性。1.考虑空气温度、湿度和速度和辐射四个因素；2.应在空勤人员的头部和双肩附近进行测量；1.都是评价热环境的综合指标；但是风速较小时，两者接近。2.若ET=WBGT，说明人体对冷热的感受程度是相同的。Page1280706050403020100-20-10010203040506070有限耐受区有限耐受区冷区热区舒适区Ct/min/舒适区与耐受时间的关系Page132.3舱内通风换气条件及要求要求：向座舱供应新鲜空气2.3.1座舱空气清洁度要求影响因素1.与外界大气和座舱增压源（发动机压气机）出口的空气清洁度有关；2.与人体新陈代谢和呼吸排除的气体有关。解决措施1.在飞机座舱供气管路进入座舱前加装空气过滤器；2.为减少异味，在座舱内壁选择涂饰材料时要避免气味特别浓烈的涂料。对有害杂质浓度的要求1.燃料（汽油和煤油）的蒸汽浓度≤0.3mg/L；2.燃料和滑油分解出的杂质浓度≤0.0002mg/L；3.一氧化碳浓度≤0.02mg/L；4.一氧化氮浓度≤0.005mg/L；5.二氧化碳浓度≤36mg/L；,即分压为2.0kPa（15mmHg）航天飞行中要求较高。Page142.3.1座舱通风量计算假设：舱内产生的废气能够及时均匀地扩散到整个座舱，而又不被舱内的物质吸收，根据有害气体的质量平衡原则，即供入座舱的有害气体量-排出舱外的=舱内有害气体的增量列方程：W—座舱体积供气量（m3/h）CB—供入座舱空气中有害气体的体积分数（%）qC—座舱人员所释放出来的有害气体体积流量（m3/h）C—在任意时刻内座舱空气中所含的有害气体体积分数（%）Vk—座舱容积（m3）进过一系列计算可得：dCVdCWdqCWKCB)(BCCCqW][Page15CB—供入座舱空气中二氧化碳的体积分数（%）qC—座舱人员所释放出来的二氧化碳气体体积流量（m3/h）[C]—座舱内允许二氧化碳气体的体积分数（%）为方便计算，飞行人员：qe=25L/h;乘客：qn=25L/h;总的座舱内人员所释放出来的二氧化碳气体量为：qC=qe×ne＋qn×nnne—飞行人员的数量nn—乘客的数量BCCCqW][1.按座舱二氧化碳浓度要求来确定供气量Page16当通风供气系统在飞行中失效，或地面停机状态下空调系统没有工作，以及乘客进舱后起飞延时，则座舱空气中的二氧化碳气体浓度将增加,C0—座舱停止通风时，座舱空气中二氧化碳的体积分数（%）—座舱停止通风的时间（s）KCVqCC0Page172.按座舱湿度要求来确定供气量0][nqWvnVNqm3/h—每人每小时释放出来的水蒸气量（g/（h•人））—座舱内人数（人）—座舱内空气允许的绝对湿度（g/m3）—供入座舱的空气的绝对湿度（g/m3）通常每人每小时所释放出来的水蒸气量可取为80~136g][nPage182.3.3座舱供气量和通风换气的要求供给座舱的供气量要满足：1.座舱增压要求：座舱供气量要大于座舱的泄漏量；最低最基本的要求2.热力状态要求：座舱供气量要满足座舱加温和冷却的要求；3.通风换气要求：座舱供气量要控制舱内合适的有害杂质和气体的浓度，以满足人体正常的生理呼吸和生活环境的要求。供气量的确定方法军用机客机由座舱热载荷确定一般单座战斗机300~400kg/h1.设计参考，现代客机一般取20~30kg/（h•人）；2.具有再循环功能，可取11~15kg/（h•人）；3.为了保证客舱内空气新鲜感，规定换气次数K：K一般K=18~22次/h，当客舱容积Vk已知，通风量W即可得到。kVWKPage19思考题书上P45谢谢观赏WPSOfficeMakePresentationmuchmorefun@WPS官方微博@kingsoftwps