空調(diào)系統(tǒng),張宏偉,環(huán)境控制系統(tǒng)概述,大氣物理特性大氣的壓力和溫度隨高度變化而變化的規(guī)律標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力隨高度變化的規(guī)律(紅線）標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度隨高度變化的規(guī)律(綠線),標(biāo)準(zhǔn)大氣,國(guó)際航空界根據(jù)對(duì)北緯4050區(qū)域的地球大氣多年觀測(cè)的結(jié)果，加以模型化，給出的一種假想的大氣模型。國(guó)際性組織頒布的稱為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣，國(guó)家頒布的稱為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大氣。標(biāo)準(zhǔn)大氣是作為校準(zhǔn)飛機(jī)航行儀表和比較飛機(jī)性能的依據(jù)。我國(guó)于1980年由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總局發(fā)表了中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大氣（30km以下部分）（GB1920-1980）。規(guī)定起點(diǎn)H=0處為海平面，其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)大氣參數(shù)為：空氣溫度t0=15（288.15K）=59空氣壓強(qiáng)p0=101325牛米2=29.92英寸汞柱=1013毫巴空氣密度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,高空環(huán)境對(duì)人體生理影響,高空缺氧隨著飛行高度的增加，大氣壓力下降，在大氣中氧分壓和肺泡空氣中的氧分壓也會(huì)相應(yīng)降低，血液中的氧氣飽和度減少，機(jī)體組織細(xì)胞得不到正常的氧氣供應(yīng)，人身體出現(xiàn)各種不適情況：頭痛、反映遲鈍、聽(tīng)覺(jué)不靈、視力衰退、情緒不安、嘴唇指甲發(fā)紫等,高空環(huán)境對(duì)人體生理影響,低壓的危害隨著氣壓降低，人體會(huì)出現(xiàn)高空減壓癥高空胃腸氣脹高空栓塞皮膚組織氣腫,壓力變化率和爆炸減壓的危害壓力變化率太大，會(huì)產(chǎn)生耳鳴、暈眩、惡心人體對(duì)壓力增加更為敏感，所以飛機(jī)下降時(shí)耳疼嚴(yán)重爆炸減壓，座艙在高空突然失密的情況下，壓力變化率極大，對(duì)人體產(chǎn)生極大危害發(fā)生爆炸減壓事故后的安全措施迅速將飛機(jī)下降到4,000m左右的安全高度盡快使用氧氣設(shè)備溫度和濕度的影響環(huán)境溫度和濕度對(duì)人體的溫度和水分的平衡影響很大人體適宜溫度為15-26（最佳20-22）濕度對(duì)人體影響主要是干燥，需供應(yīng)飲料其他影響因素臭氧/噪聲/空氣清潔度/密封艙通風(fēng),克服高空環(huán)境的措施,供氧裝置氣密座艙（又稱增壓座艙）,三、氣密座艙的環(huán)境參數(shù)溫度1526溫度場(chǎng)均勻壓力座艙高度8,000ft（超過(guò)10,000ft有警告）余壓控制是保證飛機(jī)飛行時(shí)結(jié)構(gòu)安全，不同飛機(jī)余壓規(guī)定值不同，與飛機(jī)最大使用高度有關(guān)壓力變化率爬升率500ft/min下降率350ft/min通風(fēng)量每小時(shí)換氣次數(shù)不低于2530次（約每2分鐘一次）空氣流速0.2m/s,現(xiàn)代噴氣客機(jī)空調(diào)系統(tǒng)基本組成和工作原理,6.2氣源系統(tǒng),氣源系統(tǒng)功用向座艙提供增壓氣源，并對(duì)供入的空氣進(jìn)行壓力、流量及溫度的控制，然后經(jīng)空調(diào)組件調(diào)節(jié)其溫度、壓力等參數(shù)后供入座艙發(fā)動(dòng)機(jī)或機(jī)翼前緣等的防冰加溫水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)增壓等氣源系統(tǒng)組成增壓供氣源發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引氣增壓器引氣APU引氣地面氣源車供氣參數(shù)控制壓力/流量/溫度,現(xiàn)代噴氣客機(jī)增壓氣源,發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引氣,壓力調(diào)節(jié)關(guān)斷活門,高壓級(jí)引氣活門,引氣調(diào)節(jié)器,預(yù)冷器,預(yù)冷調(diào)節(jié)器,引氣電門,低壓級(jí)引氣,高壓級(jí)引氣,風(fēng)扇,高壓壓氣機(jī),到用壓系統(tǒng),高壓引氣控制器,來(lái)自空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)斷信號(hào),來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)滅火電門信號(hào),發(fā)動(dòng)機(jī)引氣,引氣部位：噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)低壓級(jí)引氣&高壓級(jí)引氣低壓級(jí)引氣不足時(shí)，可以用高壓級(jí)引氣進(jìn)行補(bǔ)充，低壓級(jí)有單向活門，防止反流減少發(fā)動(dòng)機(jī)功率的損耗交輸供氣由交輸活門控制，裝在兩套系統(tǒng)的中間管道上用途任何一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣可供任一路空調(diào)系統(tǒng)工作啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)缺點(diǎn)：污染氣源并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有影響（功率損失）,發(fā)動(dòng)機(jī)引氣,引氣控制發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引氣由壓力調(diào)節(jié)和關(guān)斷活門（簡(jiǎn)稱“PRSOV”）控制。引氣關(guān)斷引氣異常關(guān)斷空調(diào)系統(tǒng)故障關(guān)斷發(fā)動(dòng)機(jī)火警關(guān)斷人工關(guān)斷,APU引氣,APU引氣可以用于地面空調(diào)、起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)另外在飛機(jī)起飛或復(fù)飛時(shí)，為了減少發(fā)動(dòng)機(jī)功率的損耗，常常用APU引氣代替發(fā)動(dòng)機(jī)引氣雙引氣警告燈APU引氣活門打開時(shí)是不允許再打開主發(fā)動(dòng)機(jī)引氣活門用APU供氣起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，雙引氣警告燈亮，這是正常情況,其他類型的供壓氣源,地面氣源座艙增壓器,引氣壓力調(diào)節(jié)裝置壓力調(diào)節(jié)和關(guān)斷活門,氣源系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制,引氣壓力調(diào)節(jié)裝置壓力調(diào)節(jié)和關(guān)斷活門功用引氣開關(guān)可保持出口壓力一定工作出口壓力45PSI過(guò)壓關(guān)斷180PSI反向關(guān)斷-0.18PSI溫度控制預(yù)冷器冷卻引氣（風(fēng)扇）出口氣溫450超溫關(guān)斷490,氣源系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制,空氣清潔器,作用清除引氣中的雜質(zhì)，防止一級(jí)熱交換器堵塞構(gòu)造進(jìn)氣道周邊百葉窗式葉片控制活門（利用襟翼位置電門來(lái)控制）工作情況高空關(guān)閉、低空打開當(dāng)襟翼放下到某一角度時(shí)，打開在地面主發(fā)供氣時(shí)打開APU和地面氣源供氣時(shí)關(guān)閉,流量控制活門,組成（組件活門）文氏管調(diào)壓器控制方法進(jìn)口/喉部壓差法喉部靜壓與總壓比較法,進(jìn)口/喉部壓差法,文氏管特性P2/P10.528時(shí)，V2為音速，音速阻塞P2/P10.528時(shí)，為亞音速流動(dòng)，流量隨P2/P1的增加而減小原理（節(jié)流原理）調(diào)壓器感受喉部壓力和進(jìn)口壓差，控制活門開度，調(diào)節(jié)氣體流量流量控制活門可以根據(jù)不同的情況控制流向下游的空氣量,喉部靜壓與總壓比較法,典型組件活門-喉部靜壓與總壓比較法,6.3溫度控制系統(tǒng),6.3.1空氣循環(huán)式座艙溫度控制基本原理溫度控制器接受預(yù)定溫度，管道預(yù)感器溫度和管道供氣極限溫度及座艙實(shí)際溫度進(jìn)行比較，輸出偏差電流，經(jīng)變換放大后，驅(qū)動(dòng)溫度控制活門，改變冷熱路流量比從而控制溫度,溫度控制系統(tǒng)主要附件溫度傳感器熱敏電阻傳感器（負(fù)溫度系數(shù)，熱靈敏性較好）電阻絲溫度傳感器（正溫度系數(shù)）熱電偶溫度傳感器（電壓與熱端溫度成正比）溫度控制活門單活門式：活門只安裝在熱路上雙活門式：馬達(dá)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)活門，兩個(gè)活門運(yùn)動(dòng)方向相反電子式溫度控制器（惠斯登電橋原理）溫度電橋，利用預(yù)定溫度和實(shí)際溫度的偏差，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度控制活門開度，改變冷熱路空氣流量對(duì)比，控制座艙溫度溫升速率電橋，其作用是感受供入座艙空氣的溫度變化率，以控制溫度控制活門的開啟、關(guān)閉的速度，從而減小超調(diào)量，防止溫度波動(dòng)極限溫度控制電橋：感受供入座艙的空氣溫度，與預(yù)定最高極限溫度比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)定極限溫度值時(shí)，輸出信號(hào)使溫控活門向全冷方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保安全制冷組件蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置空氣循環(huán)制冷裝置,蒸發(fā)循環(huán)制冷原理：利用制冷劑（冷媒）狀態(tài)的變化完成熱量的轉(zhuǎn)移制冷劑：氟利昂R12,制冷組件,內(nèi)平衡式熱膨脹活門原理,蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)維護(hù)注意,自身安全維護(hù)時(shí)應(yīng)戴上護(hù)目鏡、手套，穿上防護(hù)服等。及時(shí)充灌氟利昂維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)后，在加注氟利昂前應(yīng)先將系統(tǒng)抽真空當(dāng)系統(tǒng)的氟利昂液體指示器（裝在冷凝器出口處）中出現(xiàn)氣泡時(shí)，表明需要灌充氟利昂注意灌充方向應(yīng)給壓縮機(jī)補(bǔ)充滑油灌充結(jié)束時(shí)，若低壓壓力表（測(cè)量蒸發(fā)器出口的壓力表）仍指示真空，則表明系統(tǒng)內(nèi)部堵塞。保證蒸發(fā)器空氣流量,空氣循環(huán)制冷,原理空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)主要是采用由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的座艙增壓器或者直接由發(fā)動(dòng)機(jī)引出的高溫高壓空氣經(jīng)過(guò)熱交換器初步冷卻后再經(jīng)過(guò)渦輪進(jìn)行膨脹，對(duì)外作功，空氣本身的溫度和壓力大大降低，由此獲得具有要求的溫度和壓力的冷空氣。優(yōu)點(diǎn)重量輕、成本低、調(diào)節(jié)和控制方便、可靠性較高、檢查和維護(hù)的工作量小、附件在飛機(jī)上的安排沒(méi)有特殊要求。座艙通風(fēng)、增壓和冷卻可由同一系統(tǒng)來(lái)完成。缺點(diǎn)性能系數(shù)、溫度調(diào)節(jié)精度以及地面停機(jī)時(shí)系統(tǒng)工作的可靠性等方面不如蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)。如無(wú)其他附加措施時(shí)，使用的高度和速度受一定的限制。,空氣循環(huán)制冷基本元件,熱交換器按流體的流動(dòng)方向不同，可分為順流式、逆流式、叉流式和復(fù)合式。逆流式熱交換器的冷卻效果最好。熱交換器清洗方法有清洗液清洗法、蒸汽清洗法、超生波清洗法,空氣循環(huán)制冷基本元件,渦輪冷卻器工作原理氣流經(jīng)過(guò)與機(jī)殼固定在一起的噴嘴環(huán)時(shí)，一部分壓力能轉(zhuǎn)換為氣體的動(dòng)能，即噴嘴環(huán)內(nèi)的氣體壓力降低，速度增加。自噴嘴環(huán)出來(lái)的高速氣流徑向流入渦輪，沖擊渦輪葉片，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)，將氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，同時(shí)氣體劇烈膨脹，溫度可降到接近0，甚至低于0。在軸的另一端固定著風(fēng)扇（或壓氣機(jī)）作為負(fù)載，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)扇消耗渦輪功率，防止渦輪空載超速。負(fù)載的大小在一定程度上決定了渦輪的制冷功率和效率。,空氣循環(huán)制冷基本元件,渦輪冷卻器軸承軸承用薄的箔片材料制成，在工作時(shí)無(wú)需外部供壓，依靠氣體的粘性，旋轉(zhuǎn)的軸將氣體帶入由軸和箔片之間形成的一個(gè)收斂楔。它將氣體的動(dòng)壓頭變成壓力，形成有托起壓力的氣膜，支持軸的旋轉(zhuǎn)。,空氣循環(huán)制冷基本元件,渦輪冷卻器軸承的特點(diǎn)壽命長(zhǎng)，工作可靠即使發(fā)生故障，對(duì)轉(zhuǎn)子也不會(huì)產(chǎn)生破壞性的影響不需要潤(rùn)滑其負(fù)載能力隨轉(zhuǎn)速增大而提高高轉(zhuǎn)速性能好，高低溫工作范圍大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便,空氣循環(huán)制冷基本元件,渦輪冷卻器類型渦輪風(fēng)扇式渦輪壓氣機(jī)式渦輪壓氣機(jī)風(fēng)扇式（三輪式）,空氣循環(huán)制冷簡(jiǎn)單式,工作原理熱空氣先經(jīng)過(guò)熱交換器（初級(jí)/二級(jí)）降溫，而后送入渦輪冷卻器的渦輪膨脹作功，消耗增壓空氣內(nèi)能，使溫度近一步降低，渦輪帶動(dòng)的風(fēng)扇抽吸冷卻空氣通過(guò)熱交換器，提高熱交換效率特點(diǎn):地面/低空制冷效率高,高空制冷效率低高空空氣稀薄，風(fēng)扇負(fù)載低,易超轉(zhuǎn)，使用高度受到一定限制,升壓式,工作原理壓氣機(jī)使由一級(jí)熱交換器來(lái)的空氣溫度壓力升高，經(jīng)過(guò)二級(jí)熱交換器散熱，最后進(jìn)入渦輪劇烈膨脹作功，制冷效果好特點(diǎn)高空制冷效果好在地面開車和滑跑時(shí)散熱差，需加單獨(dú)的地面散熱風(fēng)扇,3、渦輪壓氣機(jī)風(fēng)扇式（三輪式）,集前兩種系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)于一身，制冷效率高,除濕系統(tǒng),低壓除水系統(tǒng),水分離器除冰活門,低壓除水系統(tǒng),除濕系統(tǒng),低壓水分離器作用：分離和集聚即將進(jìn)入分配系統(tǒng)的空氣中的水汽構(gòu)造：凝結(jié)聚集套、旁通活門、堵塞指示器防冰方法壓差防冰活門：結(jié)冰后，防冰活門旁通渦輪冷卻器，除冰35溫控活門：調(diào)節(jié)進(jìn)入水分離器的空氣溫度，保持在冰點(diǎn)以上,除濕系統(tǒng),高壓除水系統(tǒng),高壓水分離器作用：分離和集聚即將進(jìn)入分配系統(tǒng)的空氣中的水汽構(gòu)造：凝結(jié)聚集套、旁通活門、堵塞指示器,高壓除水的特點(diǎn),分水效率高不需要濾網(wǎng)或凝聚器維修工作量大大減少流阻也大為減少,空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動(dòng)關(guān)斷措施,超溫關(guān)斷壓氣機(jī)出口超溫渦輪進(jìn)口超溫供向座艙的空氣總管超溫飛機(jī)在地面無(wú)冷卻空氣雙發(fā)飛機(jī)爬升過(guò)程中未達(dá)到安全高度前單發(fā)停車,座艙空氣分配系統(tǒng),廚房空調(diào)進(jìn)氣口和排氣口,再循環(huán)設(shè)備,作用:通過(guò)將座艙空氣再循環(huán)利用。特點(diǎn)：減少供氣和客艙空氣的溫度差減少由發(fā)動(dòng)機(jī)的引氣量，減小對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的影響。,座艙局部加溫,座艙局部加溫,壓力控制系統(tǒng),基本任務(wù)保證在給定的飛行高度范圍內(nèi)，座艙的壓力及其壓力變化速率滿足人體生理要求壓力控制原理：控制座艙排氣規(guī)律絕對(duì)壓力放氣活門開度的大小壓力變化率放氣活門開關(guān)的快慢余壓監(jiān)控信號(hào)座艙壓力制度飛行過(guò)程中，座艙壓力（座艙高度）隨飛行高度的變化規(guī)律類型三段式直線式壓力控制器氣動(dòng)式電子式,氣動(dòng)式座艙壓力控制器,傳感器真空膜盒：座艙絕對(duì)壓力高度傳感器開口膜盒：余壓傳感器帶節(jié)流孔開口膜盒：座艙高度壓力變化率傳感器缺點(diǎn)在等余壓調(diào)節(jié)段，在飛機(jī)爬升過(guò)程中，由于氣動(dòng)式壓力調(diào)節(jié)器本身的缺陷，不能進(jìn)行壓力變化率的調(diào)節(jié)僅適用于低速飛機(jī),電子式座艙壓力控制器,原理采用微處理機(jī)控制部件，輸出電信號(hào)給馬達(dá)，通過(guò)馬達(dá)控制放氣活門的開關(guān)以及開關(guān)的速率,電子式座艙壓力控制系統(tǒng)排氣活門,后排氣活門自動(dòng)模式與人工交流模式時(shí)，交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)排氣活門而在備用模式及人工直流模式時(shí)，直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)排氣活門。前排氣活門輔助后排氣活門工作當(dāng)后排氣活門距全關(guān)位0.5度時(shí)，前排氣活門關(guān)閉當(dāng)后排氣活門從關(guān)位打開到大于45度時(shí)，前排氣活門打開。再循環(huán)風(fēng)扇工作時(shí)關(guān)閉。,典型工作模式,自動(dòng)模式備用模式人工直流模式人工交流模式,模式選擇電門,現(xiàn)代民航客機(jī)自動(dòng)模式座艙壓力制度,A,B,C,D,E,F,G,地面預(yù)增壓/著陸預(yù)增壓0.25PSI轉(zhuǎn)換壓力,工作程序,安全措施,外釋壓活門（安全活門）控制最大余壓值，釋放超出最大余壓的壓力內(nèi)釋壓活門（負(fù)釋壓活門）防止出現(xiàn)過(guò)大的負(fù)余壓，當(dāng)PC-1.0PSI時(shí)，打開壓力均衡活門壓力均衡活門允許空氣流進(jìn)或流出貨艙來(lái)保持貨艙壓力與客艙壓力一樣一個(gè)活門在飛機(jī)增壓中使空氣進(jìn)入貨艙另一個(gè)活門在飛機(jī)減壓中使空氣流出貨艙座艙高度警告當(dāng)座艙高度大于10，000英尺時(shí)，發(fā)出音響警告,空調(diào)系統(tǒng)維護(hù),座艙增壓系統(tǒng)工作檢查：壓力調(diào)節(jié)器工作檢查；釋壓活門、內(nèi)釋壓活門工作檢查；座艙氣密性檢查，動(dòng)壓試驗(yàn)；座艙完整性強(qiáng)度檢查，靜壓試驗(yàn)。動(dòng)壓試驗(yàn)：給座艙增壓到規(guī)定的壓力后，停止增壓，用壓力表測(cè)定在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)壓力的下降數(shù)值是否在維護(hù)手冊(cè)規(guī)定的范圍內(nèi)，以檢查座艙氣密性。靜壓實(shí)驗(yàn)：給座艙增壓到規(guī)定的實(shí)驗(yàn)值，并保持壓力穩(wěn)定，觀察飛機(jī)蒙皮外部有無(wú)裂紋、變形、凸起，鉚釘是否有變形松動(dòng)等情況。座艙增壓故障查找：故障分析圖表：在飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)中給出的一種圖表，該圖表給出了常見(jiàn)故障的可能原因、查找程序和排除方法。故障分析圖表使用方法：在表中找出與系統(tǒng)發(fā)生實(shí)際故障最接近、最類似的故障現(xiàn)象及原因；在表中所列查找程序逐個(gè)完成查找程序，直到發(fā)現(xiàn)故障為止；按表中所列方法進(jìn)行排除故障。,貨艙加溫及電子設(shè)備艙的冷卻,貨艙加溫目的保持貨艙溫度高于結(jié)冰溫度，防止凍壞貨物加溫方法利用座艙排氣對(duì)貨艙進(jìn)行加溫客艙內(nèi)的空氣在客艙內(nèi)吸收熱量之后，通過(guò)客艙側(cè)壁