空调系统飞机结构与系统.ppt
空调系统,张宏伟,环境控制系统概述,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(绿线),标准大气,国际航空界根据对北纬4050区域的地球大气多年观测的结果，加以模型化，给出的一种假想的大气模型。国际性组织颁布的称为国际标准大气，国家颁布的称为国家标准大气。标准大气是作为校准飞机航行仪表和比较飞机性能的依据。我国于1980年由国家标准总局发表了中华人民共和国国家标准大气（30km以下部分）（GB1920-1980）。规定起点H=0处为海平面，其对应的标准大气参数为：空气温度t0=15（288.15K）=59空气压强p0=101325 牛米2=29.92英寸汞柱=1013毫巴空气密度0=1.2250 千克米3=0.002377磅秒2/英寸4音速a0=340.294 米秒=661.5kts重力加速度 g0=9.807米/秒2=32.17英尺/秒2,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,高空环境对人体生理影响,低压的危害随着气压降低，人体会出现高空减压症高空胃肠气胀高空栓塞皮肤组织气肿,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,克服高空环境的措施,供氧装置 气密座舱（又称增压座舱）,三、气密座舱的环境参数温度 1526 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2530 次（约每2 分钟一次）空气流速 0.2m/s,现代喷气客机空调系统基本组成和工作原理,6.2 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,现代喷气客机增压气源,发动机压气机引气,压力调节关断活门,高压级引气活门,引气调节器,预冷器,预冷调节器,引气电门,低压级引气,高压级引气,风扇,高压压气机,到用压系统,高压引气控制器,来自空调系统的关断信号,来自发动机灭火电门信号,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）,发动机引气,引气控制发动机压气机引气由压力调节和关断活门（简称“PRSOV”）控制。引气关断引气异常关断空调系统故障关断发动机火警关断人工关断,APU引气,APU引气可以用于地面空调、起动发动机另外在飞机起飞或复飞时，为了减少发动机功率的损耗，常常用APU引气代替发动机引气双引气警告灯APU引气活门打开时是不允许再打开主发动机引气活门用APU供气起动发动机时，双引气警告灯亮，这是正常情况,其他类型的供压气源,地面气源座舱增压器,引气压力调节装置压力调节和关断活门,气源系统的调节与控制,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,气源系统的调节与控制,空气清洁器,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,流量控制活门,组成（组件活门）文氏管调压器控制方法进口/喉部压差法喉部静压与总压比较法,进口/喉部压差法,文氏管特性P2/P10.528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,喉部静压与总压比较法,典型组件活门-喉部静压与总压比较法,6.3 温度控制系统,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,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R12,制冷组件,内平衡式热膨胀活门原理,蒸发循环制冷系统维护注意,自身安全维护时应戴上护目镜、手套，穿上防护服等。及时充灌氟利昂 维护整个系统后，在加注氟利昂前应先将系统抽真空当系统的氟利昂液体指示器（装在冷凝器出口处）中出现气泡时，表明需要灌充氟利昂注意灌充方向应给压缩机补充滑油灌充结束时，若低压压力表（测量蒸发器出口的压力表）仍指示真空，则表明系统内部堵塞。保证蒸发器空气流量,空气循环制冷,原理空气循环制冷系统主要是采用由发动机带动的座舱增压器或者直接由发动机引出的高温高压空气经过热交换器初步冷却后再经过涡轮进行膨胀，对外作功，空气本身的温度和压力大大降低，由此获得具有要求的温度和压力的冷空气。优点重量轻、成本低、调节和控制方便、可靠性较高、检查和维护的工作量小、附件在飞机上的安排没有特殊要求。座舱通风、增压和冷却可由同一系统来完成。缺点性能系数、温度调节精度以及地面停机时系统工作的可靠性等方面不如蒸发循环制冷系统。如无其他附加措施时，使用的高度和速度受一定的限制。,空气循环制冷基本元件,热交换器按流体的流动方向不同，可分为顺流式、逆流式、叉流式和复合式。逆流式热交换器的冷却效果最好。热交换器清洗方法有清洗液清洗法、蒸汽清洗法、超生波清洗法,空气循环制冷基本元件,涡轮冷却器工作原理气流经过与机壳固定在一起的喷嘴环时，一部分压力能转换为气体的动能，即喷嘴环内的气体压力降低，速度增加。自喷嘴环出来的高速气流径向流入涡轮，冲击涡轮叶片，使涡轮高速旋转，将气体内能转换为机械能，同时气体剧烈膨胀，温度可降到接近0，甚至低于0。在轴的另一端固定着风扇（或压气机）作为负载，当涡轮转动时，风扇消耗涡轮功率，防止涡轮空载超速。负载的大小在一定程度上决定了涡轮的制冷功率和效率。,空气循环制冷基本元件,涡轮冷却器轴承轴承用薄的箔片材料制成，在工作时无需外部供压，依靠气体的粘性，旋转的轴将气体带入由轴和箔片之间形成的一个收敛楔。它将气体的动压头变成压力，形成有托起压力的气膜，支持轴的旋转。,空气循环制冷基本元件,涡轮冷却器轴承的特点寿命长，工作可靠即使发生故障，对转子也不会产生破坏性的影响 不需要润滑其负载能力随转速增大而提高高转速性能好，高低温工作范围大结构简单，维护方便,空气循环制冷基本元件,涡轮冷却器类型涡轮风扇式涡轮压气机式涡轮压气机风扇式（三轮式）,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,易超转，使用高度受到一定限制,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,3、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,除湿系统,低压除水系统,水分离器除冰活门,低压除水系统,除湿系统,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,除湿系统,高压除水系统,高压水分离器作用：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,高压除水的特点,分水效率高不需要滤网或凝聚器 维修工作量大大减少流阻也大为减少,空气调节系统的自动关断措施,超温关断 压气机出口超温涡轮进口超温 供向座舱的空气总管超温飞机在地面无冷却空气双发飞机爬升过程中未达到安全高度前单发停车,座舱空气分配系统,厨房空调进气口和排气口,再循环设备,作用:通过将座舱空气再循环利用。特点：减少供气和客舱空气的温度差减少由发动机的引气量，减小对发动机功率的影响。,座舱局部加温,座舱局部加温,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,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,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,电子式座舱压力控制系统排气活门,后排气活门自动模式与人工交流模式时，交流马达驱动排气活门而在备用模式及人工直流模式时，直流马达驱动排气活门。前排气活门辅助后排气活门工作当后排气活门距全关位0.5度时，前排气活门关闭当后排气活门从关位打开到大于45度时，前排气活门打开。再循环风扇工作时关闭。,典型工作模式,自动模式备用模式人工直流模式人工交流模式,模式选择电门,现代民航客机自动模式座舱压力制度,A,B,C,D,E,F,G,地面预增压/着陆预增压0.25PSI 转换压力,工作程序,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,空调系统维护,座舱增压系统工作检查：压力调节器工作检查；释压活门、内释压活门工作检查；座舱气密性检查，动压试验；座舱完整性强度检查，静压试验。动压试验：给座舱增压到规定的压力后，停止增压，用压力表测定在规定时间间隔内压力的下降数值是否在维护手册规定的范围内，以检查座舱气密性。静压实验：给座舱增压到规定的实验值，并保持压力稳定，观察飞机蒙皮外部有无裂纹、变形、凸起，铆钉是否有变形松动等情况。座舱增压故障查找：故障分析图表：在飞机维护手册中给出的一种图表，该图表给出了常见故障的可能原因、查找程序和排除方法。故障分析图表使用方法：在表中找出与系统发生实际故障最接近、最类似的故障现象及原因；在表中所列查找程序逐个完成查找程序，直到发现故障为止；按表中所列方法进行排除故障。,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,座舱加温区域,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）出口管路:自动流量控制活门+单向活门空气流量探测装置排气关断警告灯低流量传感器（加热探头）,6.5-03,自动流量控制活门空中关闭,低流量传感器工作,温控电桥 预感电桥,A,R1 R2R3 R4,B,C,D,+,-,
