飞机空调系统

6.1环境控制系统概述一、大气物理特性大气的压力和温度随高度变化而变化的规律标准大气压力随高度变化的规律(红线）标准大气温度随高度变化的规律(黄线)6.1-01HP/T高度温度压力密度H(m)T(K)t(℃)P(kPa)P(mmHg)p/p0(kg/m3)/0-1000294.6521.50113.93854.551.12441.34701.0996-500291.4018.25107.47806.151.06071.28491.04890288.1515.00101.325760.001.00001.22501.00001000281.658.5089.876674.120.88701.11170.90752000275.152.0079.501596.300.78461.00660.82173000268.66-4.4970.121525.950.69200.90930.74234000262.17-10.9861.660462.490.60850.81940.66895000255.28-17.4754.048405.390.53340.73640.60126000249.19-23.9647.217354.160.46600.66010.53897000242.70-30.4541.105308.310.40570.59000.48178000236.22-36.9335.651267.400.35190.52580.42929000229.73-43.4230.800231.020.30400.46710.381310000223.25-49.9026.499198.760.26150.41350.337611000216.77-56.3822.699170.260.22400.36480.297812000216.65-56.5019.399145.500.19150.31190.254613000216.65-56.5016.579124.350.16360.26660.217614000216.65-56.5014.170106.280.14000.22790.186015000216.65-56.5012.11190.850.11950.19480.15906.1-02二、高空环境对人体生理影响高空缺氧随着飞行高度的增加，大气压力下降，在大气中氧分压和肺泡空气中的氧分压也会相应降低，血液中的氧气饱和度减少，机体组织细胞得不到正常的氧气供应，人身体出现各种不适情况：头痛、反映迟钝、听觉不灵、视力衰退、情绪不安、嘴唇指甲发紫等低压的危害随着气压降低，人体会出现高空胃肠气胀和高空减压症例如：当高度增加到19.2km时，大气压力降到47mmHg，此压力下水的沸点为37℃，即人体体温；在此压力下，人体体液沸腾，导致组织肿胀，人体损伤，此现象航空医学称之为高空减压症6.1-03压力变化率和爆炸减压的危害压力变化率太大，会产生耳鸣、晕眩、恶心人体对压力增加更为敏感，所以飞机下降时耳疼严重爆炸减压，座舱在高空突然失密的情况下，压力变化率极大，对人体产生极大危害发生爆炸减压事故后的安全措施迅速将飞机下降到4,000m左右的安全高度尽快使用氧气设备温度和湿度的影响环境温度和湿度对人体的温度和水分的平衡影响很大人体适宜温度为15-26℃（最佳20-22℃）湿度对人体影响主要是干燥，需供应饮料其他影响因素臭氧/噪声/空气清洁度/密封舱通风6.1-04三、气密座舱的环境参数温度21±3℃温度场均匀压力座舱高度8,000ft（超过10,000ft有警告）余压控制是保证飞机飞行时结构安全，不同飞机余压规定值不同，与飞机最大使用高度有关压力变化率爬升率≯500ft/min下降率≯350ft/min通风量每小时换气次数不低于25－30次（约每2分钟一次）空气流速0.2m/s6.1-06五、现代喷气客机空调系统基本组成和工作原理增压气源压力调节和关断活门流量控制活门温度控制活门制冷组件混合室座舱温度控制器人工控制电门温度选择器压力控制器座舱高度余高度变化率压6.1-076.2气源系统气源系统功用向座舱提供增压气源，并对供入的空气进行压力、流量及温度的控制，然后经空调组件调节其温度、压力等参数后供入座舱发动机或机翼前缘等的防冰加温水系统、液压系统增压等气源系统组成增压供气源发动机压气机引气增压器引气APU引气地面气源车供气参数控制压力/流量/温度6.2-01现代喷气客机增压气源6.2-02一、发动机引气引气部位：喷气发动机的高压压气机低压级引气&高压级引气低压级引气不足时，可以用高压级引气进行补充，低压级有单向活门，防止反流减少发动机功率的损耗交输供气由交输活门控制，装在两套系统的中间管道上用途任何一台发动机引气可供任一路空调系统工作启动发动机缺点：污染气源并对发动机性能有影响（功率损失）6.2-03二、空气清洁器安装部位一级热交换器的入口处作用清除引气中的杂质，防止一级热交换器堵塞构造进气道周边百叶窗式叶片控制活门（利用襟翼位置电门来控制）工作情况—高空关闭、低空打开当襟翼放下到某一角度时，打开在地面主发供气时打开APU和地面气源供气时关闭6.2-06引气压力调节装置——压力调节和关断活门功用引气开关可保持出口压力一定工作出口压力45PSI过压关断180PSI反向关断-0.18PSI温度控制预冷器冷却引气（风扇）出口气温450℉超温关断490℉三、气源系统的调节与控制6.2-07调节器流量控制活门组成（组件活门）文氏管调压器原理（节流原理）调压器感受喉部压力和进口压差，控制活门开度，调节气体流量流量控制活门可以根据不同的情况控制流向下游的空气量文氏管特性P2/P1≤0.528时，V2为音速，音速阻塞P2/P10.528时，为亚音速流动，流量随P2/P1的增加而减小6.2-086.3温度控制系统6.3.1空气循环式座舱温度控制基本原理温度控制器接受预定温度，管道预感器温度和管道供气极限温度及座舱实际温度进行比较，输出偏差电流，经变换放大后，驱动温度控制活门，改变冷热路流量比从而控制温度温度控制活门制冷组件混合室座舱温度控制器人工控制电门温度选择器压力控制器座舱高度余高度变化率压6.3-01温度控制系统主要附件温度传感器热敏电阻传感器（负温度系数，热灵敏性较好）电阻丝温度传感器（正温度系数）热电偶温度传感器（电压与热端温度成正比）温度控制活门单活门式：活门只安装在热路上双活门式：马达同时驱动两个活门，两个活门运动方向相反电子式温度控制器（惠斯登电桥原理）温度电桥，利用预定温度和实际温度的偏差，自动调节温度控制活门开度，改变冷热路空气流量对比，控制座舱温度温升速率电桥，其作用是感受供入座舱空气的温度变化率，以控制温度控制活门的开启、关闭的速度，从而减小超调量，防止温度波动极限温度控制电桥：感受供入座舱的空气温度，与预定最高极限温度比较，当达到预定极限温度值时，输出信号使温控活门向全冷方向转动，以确保安全制冷组件蒸发循环制冷装置空气循环制冷装置6.3-03一、蒸发循环制冷原理：利用制冷剂（冷媒）状态的变化完成热量的转移制冷剂：氟利昂R126.3.2制冷组件6.3-05二空气循环制冷－简单式工作原理热空气先经过热交换器（初级/二级）降温，而后送入涡轮冷却器的涡轮膨胀作功，消耗增压空气内能，使温度近一步降低，涡轮带动的风扇抽吸冷却空气通过热交换器，提高热交换效率特点地面/低空制冷效率高高空制冷效率低高空空气稀薄，风扇负载低6.3-09升压式工作原理压气机使由一级热交换器来的空气温度压力升高，经过二级热交换器散热，最后进入涡轮剧烈膨胀作功，制冷效果好特点高空制冷效果好在地面开车和滑跑时散热差，需加单独的地面散热风扇6.3-103、涡轮压气机风扇式（三轮式）集前两种系统优点于一身，制冷效率高6.3-11去混合室4、除湿系统低压除水系统6.3-12低压水分离器作用：分离和集聚即将进入分配系统的空气中的水汽构造：凝结聚集套、旁通活门、堵塞指示器防冰方法压差防冰活门：结冰后，防冰活门旁通涡轮冷却器，除冰35℉温控活门：调节进入水分离器的空气温度，保持在冰点以上6.3-13典型飞机空调温度控制系统6.3-206.4压力控制系统基本任务保证在给定的飞行高度范围内，座舱的压力及其压力变化速率满足人体生理要求压力控制原理：控制座舱排气规律绝对压力放气活门开度的大小压力变化率放气活门开关的快慢余压监控信号座舱压力制度飞行过程中，座舱压力（座舱高度）随飞行高度的变化规律类型三段式直线式压力控制器气动式电子式PHPH6.4-01气动式座舱压力控制器传感器真空膜盒：座舱绝对压力高度传感器开口膜盒：余压传感器带节流孔开口膜盒：座舱高度压力变化率传感器缺点在等余压调节段，在飞机爬升过程中，由于气动式压力调节器本身的缺陷，不能进行压力变化率的调节仅适用于低速飞机6.4-02电子式座舱压力控制器原理采用微处理机控制部件，输出电信号给马达，通过马达控制放气活门的开关以及开关的速率工作模式自动模式备用模式人工直流模式人工交流模式压力控制器马达(交流/直流)放气活门(开/关及速率)环境压力座舱压力巡航高度着陆高度6.4-036.4-04压力控制器根据环境压力、座舱压力、巡航高度和着陆机场高度确定飞机起飞、爬升、巡航、下降、着陆阶段增压控制规律，发出控制信号到排气活门的马达，驱动放气活门马达交流马达——自动与人工交流工作模式直流马达——备用及人工直流工作模式排气活门后排气活门在工作过程中，后排气活门经常处于调节状态，用以调节座舱内的空气压力前排气活门前排气活门辅助后排气活门工作，接收后排气活门的控制信号主要附件现代民航客机自动模式座舱压力制度ABCDEFG地面预增压/着陆预增压0.25PSI转换压力6.4-056.4-066.4-07工作程序起飞前，设定场压、场温、巡航高度、着陆机场高度等参数。飞行阶段控制程序控制方法放气活门位置A点不增压程序飞行电门在“地”位起落架空地电门在“地”位全开位B－C段预增压程序飞行电门在“飞行”位起落架空地电门在“地”位由全开关小到一定位置C－D段爬升程序飞行电门在“飞行”位起落架空地电门在“AIR”位随飞行高度增加逐渐关小D－E段巡航程序巡航程序执行等压余压控制关到最小开度E－F段下降程序飞行电门在“飞行”位起落架空地电门在“AIR”位逐渐开大F－G段预增压程序飞行电门在“飞行”位起落架空地电门在“地”位开到保证舱内的预增压压力停机点不增压飞行电门在“地”位起落架空地电门在“地”位全开位6.4-08安全措施外释压活门（安全活门）控制最大余压值，释放超出最大余压的压力内释压活门（负释压活门）防止出现过大的负余压，当PC-1.0PSI时，打开压力均衡活门压力均衡活门允许空气流进或流出货舱来保持货舱压力与客舱压力一样一个活门在飞机增压中使空气进入货舱另一个活门在飞机减压中使空气流出货舱座舱高度警告当座舱高度大于10，000英尺时，发出音响警告6.4-106.5货舱加温及电子设备舱的冷却货舱加温目的保持货舱温度高于结冰温度，防止冻坏货物加温方法利用座舱排气对货舱进行加温客舱内的空气在客舱内吸收热量之后，通过客舱侧壁的脚部格栅排出，这些空气流过货舱侧壁，防止货舱由于受外界空气温度的影响而导致其温度过低，然后这些空气由座舱增压系统的排气活门抽吸，经后货舱壁板处排出机外不同部位，加温方法不同前货舱：设备冷却空气排气加热，并有恒温控制中货舱：利用客舱排气加温后货舱：利用客舱排气和前、中货舱排气加热6.5-01座舱加温区域6.5-02电子设备冷却系统组成进口管路:两个风扇（主风扇/备用风扇）出口管