第8章-空调系统2011

第8章-空调系统2011第一页，共107页。1。环境随高度的变化情况随着飞行高度的增加，（1）大气压力下降;（2）大气中的含氧量也下降;（3）温度下降，在10000米的高空气温会降到零下50°C以下；

所以在一定的飞行高度以上为保障飞行人员和乘客的安全和舒适，需要采取环境保护措施，它就是座舱环境控制系统。第二页，共107页。座舱环境控制系统组成与功用组成：包括氧气系统、增压座舱和空调系统功能：创造良好的座舱环境第三页，共107页。2.低气压对人体的影响（1）缺氧a.在4000米高度上人体中的氧气已经不能维持人的正常活动，出现缺氧症状;b.在6000米的高度上人能保持正常知觉工作的时间下降到不足15分钟;c.到8000米高空时这个时间只有3分钟。第四页，共107页。（2）低压效应高空胃肠气胀

当温度恒定时，压力越大，气体体积越小。反之，压力越小，气体体积越大。因此，胃肠道内积存的气体体积随环境压力降低而胀气。高空减压病

大气压迅速降到很低时，溶解在人体组织、血液和体液（淋巴液、浆液、滑液等）中的气体，主要是氮气即离析出来，形成气泡，气泡发生在血管内就会将血管堵住；气泡发生在肌肉、关节，就会产生疼痛。第五页，共107页。（3）体液沸腾

在地面一个大气压力下，水的沸点为100℃。如果上升到19200米的高空，大气压就降到47mmHg，水的沸点就只有37℃了，正好相当于人体的正常体温。由于人体的血液和其他组织的沸点与水相近，如果没有防护或在此高度上的增压舱飞机突然失密时，全身血液和体液沸腾。第六页，共107页。8.1.1气密座舱环境参数1.座舱温度最舒适的座舱温度为20～22℃，正常保持在15～26℃的舒适区范围内。另外，座舱内温度场应均匀，各方向上座舱温度差值一般不得超过±3℃。2.座舱高度座舱高度表示座舱压力。座舱高度是指座舱内空气的绝对压力值所对应的标准气压高度。巡航高度上保持大约2,400m（8,000ft）的座舱高度。当座舱高度达到10,000ft（相当于3,050m）时，有座舱高度警告信号，向机组成员发出警告，表示座舱压力低，必须增大座舱压力。第七页，共107页。气密座舱环境参数3.座舱余压座舱内部空气的绝对压力与外部大气压力之差就是座舱空气的剩余压力，简称余压。正常情况下，余压值为正。4.座舱高度变化率单位时间内座舱高度的变化速率称为飞机的座舱高度变化率。通常限制座舱高度爬升率不超过500ft/min，座舱高度下降率不超过350ft/min。第八页，共107页。8.1.2飞机空调系统组成现代民航飞机空调系统分为：引气系统、温控系统、压力控制系统和座舱空气分配系统四大部分。第九页，共107页。空调系统组成原理图增压引气压力调节和关断活门流量控制活门温度控制活门活门制冷组件混合室气密座舱温度控制器人工温控电门温度选择器排气活门座舱高度警告负释压活门告正释压活门告座舱温度传感器极限温度传感器温度预感器第十页，共107页。8.2空调引气系统引气系统：由增压供引气和供气参数控制两部分组成。增压供引气向座舱供入清洁度符合要求的空气；供气参数控制则对所供的空气的压力、温度和流量等参数进行调节。第十一页，共107页。8.2.1引气系统功用增压空气主要用于：座舱的空调与增压；机翼前缘及发动机进气道前缘的热气防冰；发动机起动用引气；饮用水、燃油及液压油箱等系统的增压；飞机的气动液压泵、前缘襟翼气动马达；大型飞机的货舱加热。增压空气的来源发动机压气机引气，它是飞机正常飞行时的主要引气；辅助动力装置引气，在地面和空中一定条件下可使用；地面引气。第十二页，共107页。第十三页，共107页。第十四页，共107页。第十五页，共107页。民用飞机引气系统典型布局引气系统一般包括：从发动机压气机引气出口至进入空调冷却组件活门前的管路和供气控制附件；此外，还有辅助动力装置APU引气和地面引气的接头及有关附件。第十六页，共107页。典型民用飞机引气系统布局第十七页，共107页。3.B737-300引气系统示意图驱动风扇提供冷却冲压空气来自右发第十八页，共107页。一、发动机压气机引气1.引气部位现代客机都采用两级引气，即从高压压气机的低压级和高压级分别引气。2.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。通过调节PRSOV活门的开度，达到限制活门下游压力和温度的目的。3.引气关断PRSOV活门接受引气调节器的关断信号，在异常和人工关断情况会自动关断引气。第十九页，共107页。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发动机引气系统组成原理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第二十页，共107页。二、APU引气辅助动力装置APU的引气通过APU引气活门引出。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，常常用APU引气代替发动机引气。除用APU供气起动发动机外，在APU引气活门打开时是不允许再打开主发动机引气活门的。第二十一页，共107页。三、地面引气飞机在地面时，可用地面引气车为空调系统提供引气。第二十二页，共107页。8.2.3引气系统调节与控制为了减少引气系统供气参数波动以及使得在飞机飞行的各阶段和地面工作时，引气系统的供气压力、温度及流量在规定的范围之内，在发动机压气机的引气管路上设置了相应的控制和调节装置。另外，系统中还设置空气清洁器，控制引气的清洁度。第二十三页，共107页。一、引气压力和温度限制（一）引气压力调节引气系统的压力调节由压力调节和关断活门实施，压力调节和关断活门由引气压力调节器控制和调节。（二）关断保护当压力超过极限值（180psi）时，压力调节和关断活门关断控制气路。当压力调节和关断活门下游管道压力比上游管道压力高时（一般为0.18psi），压力调节和关断活门关断控制气路。（三）温度限制引气气流从压力调节和关断活门送入下游的风扇预冷器，风扇预冷器的冷源为发动机风扇引气。压力调节和关断活门接受下游引气管道恒温器和超温电门的控制，完成对引气的温度限制。恒温器对压力调节和关断活门下游的引气起限温作用。当风扇预冷器出口的气流温度达到最高设定值（490℉）时，超温电门闭合，恒温器动作，关断引气气路。此称为引气超温自动关断。第二十四页，共107页。二、引气系统清洁度控制在引气系统中设置空气净化器，控制引气清洁度，清除引气中杂质，防止下游的热交换器堵塞。第二十五页，共107页。三、引气系统流量调节空调系统的空调组件活门可以控制流入空调系统的引气流量，使活门出口流量保持在预定值。空调组件活门也可以打开和关断通向空调组件的气路。第二十六页，共107页。8.3座舱温度控制系统座舱温度控制就是使座舱内的空气温度保持在要求的预定温度范围内。现代飞机的座舱温度控制系统采用微型计算机控制，为机上人员提供适宜的座舱环境温度。第二十七页，共107页。8.3.1座舱温控原理温度控制活门活门制冷组件混合室气密座舱温度控制器人工温控电门温度选择器排气活门座舱温度传感器极限温度传感器座舱温度控制原理图温度预感器流量控制活门第二十八页，共107页。温控主要组件（一）温度传感器（二）温度控制器（三）温控活门温度控制活门，用于控制空调系统冷、热路空气的混合比例。（四）制冷组件制冷组件的作用是降低冷路中空气的温度，为温控系统提高冷空气。现代飞机空调系统的制冷组件按工作原理分为蒸发循环制冷组件和空气循环制冷组件两种。第二十九页，共107页。8.3.2座舱制冷系统随着飞机飞行速度的提高，气动力加热愈来愈明显，此时座舱需要降温，提出了制冷的要求。

座舱制冷系统有空气循环制冷系统和蒸汽循环制冷系统两种。第三十页，共107页。空气循环制冷系统基本原理：冲压空气系统向热交换器提供冷却空气；在每侧冲压空气出口管道的出口格栅上游各有一个涡轮风扇；涡轮风扇由引气吹动工作；高温高压空气经过热交换器初步冷却；再经过涡轮进行膨胀对外作功，空气的温度和压力大大降低，由此获得要求压力和温度的冷空气；涡轮带动同轴的压气机、风扇、泵和其他装置，这样使高压空气中的热能就转变为机械功，从而达到降温的目的。第三十一页，共107页。第三十二页，共107页。

座舱制冷系统系统基本组成：热交换器、涡轮冷却器涡轮冷却器类型：

涡轮风扇式、

涡轮压气机式、涡轮压气机风扇式第三十三页，共107页。简单式空气循环制冷系统（小飞机）原理：由发动机或座舱增压器引出的高温高压空气，先经过初级热交换器和第二级热交换器冷却，然后在涡轮中膨胀降温，供向座舱空调系统。涡轮所驱动的风扇抽吸热交换器的冷边空气。

（对风扇作功）涡轮风扇式第三十四页，共107页。热交换器——散热、冷却涡轮冷却器（ACM）：涡轮——降温、冷却风扇——消耗涡轮输出功，地面时抽吸外界环境空气优点：地面具有制冷能力缺点：引气压力应较高；高空飞行时易出现涡轮超转第三十五页，共107页。升压式空气循环制冷系统（中型飞机）（对压气机作功）涡轮压气机式原理：引气先经过初级热交换器预冷后再次被压气机压缩，并经过第二级热交换器，然后流入冷却涡轮，在冷却涡轮中空气膨胀到所需的座舱空气压力，同时将热能转换为轴功率并用于带动升压式装置的压气机。第三十六页，共107页。热交换器——散热、冷却涡轮冷却器（ACM）：涡轮——降温、冷却压气机——消耗涡轮输出功，提高涡轮进口压力优点：引气压力较低时可获得相应的制冷量；高空飞行时不会出现涡轮超转。缺点：在地面无制冷能力第三十七页，共107页。三轮式空气循环制冷系统（大飞机）涡轮压气机风扇式（对风扇、压气机都作功）第三十八页，共107页。热交换器——散热、冷却涡轮冷却器（ACM）：涡轮——降温、冷却压气机——消耗涡轮输出功，提高涡轮进口压力风扇——地面时提供热交换器的冷却空气优点：引气压力较低时可获得相应的制冷量；高空飞行时不会出现涡轮超转；在地面有制冷能力第三十九页，共107页。A320第四十页，共107页。原理：热量在液态制冷剂蒸发中散发（擦酒精）（2）蒸发循环制冷系统蒸发循环制冷系统是利用液态制冷剂的相变来吸收空气中的热量，它可使系统中的空气在进入座舱或设备舱之前显著地降低温度。第四十一页，共107页。（3）复合式制冷系统组合空气循环和蒸发循环制冷系统的各自优点第四十二页，共107页。A320第四十三页，共107页。8.4空气分配系统功能：使调温的通风空气均匀地输入和分布于座舱内，使舱内产生一个合适的温度、湿度和空气流动的综合条件以保证舱内的舒适环境。第四十四页，共107页。座舱的气流的组织与分配座舱气流分配区域：

（1）驾驶舱；（2）客舱；（3）前货舱；（4）电子设备冷却；客舱的空气分配系统由：主分配总管，侧壁立管和舱顶分配管道、舱顶出气口、侧壁扩压出气口以及排气口构成。第四十五页，共107页。第四十六页，共107页。B737-300供气系统示意图第四十七页，共107页。座舱空气分配系统第四十八页，共107页。再循环系统再循环系统的主要作用：是通过将座舱空气再循环利用。采用再循环系统可以减少供气和客舱空气的温度差；减少由发动机的引气量。现代客机再循环空气量已达总供气量的50％，其余来自外界的新鲜空气。再循环系统主要由气滤、再循环风扇、单向活门等元件构成。第四十九页，共107页。第五十页，共107页。8.5座舱压力控制系统座舱压力控制系统的基本任务：就是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度满足人体生理要求。第五十一页，共107页。8.5.1概述

1.主要控制参数：座舱压力或高度

座舱压力也可以用座舱高度（HC）表示。

座舱高度是指座舱内空气的绝对压力值所对应的标准气压高度，单位为m。对应于座舱空气压力上限值565mmHg，它大约相当于2,400m高度上的大气压力，即称此时的座舱高度为2,400m。第五十二页，共107页。座舱压力变化率对于一般健康人而言，人体对座舱压力变化率的耐受能力，主要决定于压力变化率的大小及其作用时间。

对于大约为153m/min（近似2.5m/s）的垂直上升速度（相当于0.22～0.23mmHg/s的压力降低速度），以及92m/min（近似1.5m/s）的垂直下降速度（相当于0.13～0.14mmHg/s的压力增长速度），它们对人体可以长时间作用而不致产生航空中耳气压症。第五十三页，共107页。座舱余压

座舱余压:座舱内部空气的绝对压力pc与外部大气压力pH之差就是座舱空气的剩余压力，简称余压。正常情况下:余压值为正，但在某些特殊情况下，也可能会出现负余压。飞行中飞机所承受的余压值与飞行高度有关。国际航空运输协会的医学手册规定，亚音速喷气式客机的最大压差范围约在400～440mmHg（7.7～8.5psi）；第五十四页，共107页。一、座舱增压原理座舱增压可通过控制座舱的排气实现：希望座舱内压力下降时，排气量应增大；需要座舱内压力升高时，排气量应减小。排气活门的排气量取决于活门的开度和座舱内外的压差。为控制座舱压力，应根据座舱内外压差的大小，相应控制排气活门的开度。整个飞行过程中，座舱内绝对压力大小取决于排气活门的开启程度，座舱压力变化率取决于活门的开启（或关闭）速率。第五十五页，共107页。座舱高度控制根据适航法规要求，飞机在最大设计巡航高度上，座舱高度不能大于8000英尺，而巡航时飞行高度一般在30000至40000英尺之间，飞机结构承受较大的余压，排气活门同时承受较大的压差。巡航过程中，排气活门开度最小。飞机在地面时，座舱内外压差较小，排气活门开度较大。第五十六页，共107页。座舱压力变化速率控制限制座舱内压力变化速率，可控制排气活门开关的速率：飞机爬升过程中，如果座舱高度上升过快，即座舱内压力下降率过大，可将排气活门关闭速度加快，减少排气量；在飞机下降过程中，如果座舱高度下降过快，即座舱压力上升率过大，应加快排气活门开启的速率，将座舱内压力降低，抑制压力上升的速率。现代大中型民航客机通常限制座舱高度爬升率不超过500ft/min，座舱高度下降率不超过350ft/min。第五十七页，共107页。二、座舱压力制度座舱压力制度

座舱压力随高度的静态变化关系，通常称为座舱压力制度。第五十八页，共107页。在正常工作情况下，巡航时座舱压力与飞机所在高度处的外界大气压力之差约为7.8psi。在飞机上升和下降期间，座舱压力的变化与飞行高度上升和下降成比例变化。第五十九页，共107页。座舱压力制度压差极限段第六十页，共107页。客舱增压系统有4种状况：1.地面不增压－在地面时排气活门全开。2.预增压－在起飞前或着陆接地前，压力增加，以避免客舱压力波动。3.空中增压－调节客舱高度及升降率以保证乘客最大限度的舒适。4.释压－接地后，在地面功能使排气活门完全打开前，剩余的客舱超压可逐渐释放。客舱增压系统增压状况第六十一页，共107页。压力控制程序飞机起飞前，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排气活门位置A点不增压程序飞行电门在“地”位起落架空地电门在“地”位排气活门全开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”位排气活门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”位排气活门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排气活门关到最小开度E－F段下降程序飞行电门在“飞行”位起落架空地电门在“AIR”位排气活门逐渐开大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”位排气活门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”位排气活门全开位第六十二页，共107页。气密座舱（又称增压舱）将飞机座舱密封，然后给它供气增压，使舱内压力大于外界大气压力，并对座舱空气参数进行调节，创造舒适的座舱环境，以满足人体生理和工作的需要。

现代客机广泛采用密封增压舱，一般来说，这些增压密封舱包括驾驶舱、客舱、电子设备舱和货舱等部分。三、大气通风式增压舱第六十三页，共107页。8.5.2座舱压力控制系统座舱压力控制系统一般包括压力控制器和排气活门。座舱压力控制器是实现座舱压力制度的核心控制机构——电子式压力控制器。排气活门是座舱压力控制系统的执行机构；采用电动马达驱动的排气活门。现代民航客机座舱增压系统具有正常压力控制和应急压力控制两大功能。第六十四页，共107页。一、正常压力控制原理：由微处理器根据预先调定的座舱参数、实际的飞行状态和外界环境参数，发出控制指令给执行部件－电动马达驱动的排气活门，控制座舱排气量，使座舱压力符合压力制度。非正常压力控制两个外释活门（又称安全活门）提供安全释压，限制最大压差为8.65psi；

内释活门（又称负压释放活门）可防止外界大气压力超过机舱内部压力第六十五页，共107页。电子式压力控制器飞行电门电动马达（交流/直流）排气活门着陆机场高度输入空地电门巡航高度输入大气压力信号座舱压力信号控制模式选择增压程序发生器压力变化率限制器余压限制器电子式座舱压力控制系统第六十六页，共107页。波音737实际飞行过程中的座舱高度剖面第六十七页，共107页。二、座舱应急增压控制原因：正常增压控制失效，导致座舱高度过高或座舱内外的压差过大。飞机急速下降，导致座舱外的压力高于座舱内的压力，产生负压。座舱高度过高，导致机上乘员出现高空反应，危及生命。座舱应急增压控制系统包括：正压释压活门、负压活门、座舱高度警告系统和压力均衡活门。第六十八页，共107页。应急增压控制措施（1）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。（2）内释压活门（负释压活门）：防止出现过大的负余压，当pc小于某值时，打开；（3）压力均衡活门：空调系统对货舱的增压是经过压力均衡活门来进行调节的。（4）座舱高度警告座舱高度警告是指当飞机座舱高度高于一定值（一般为10000英尺）时，发出音响警告，提醒驾驶员进行相应处理。

第六十九页，共107页。8.6货舱加温货舱加温的目的是保持机身下的货舱温度高于结冰温度，防止冻坏货物。一般来说，现代客机的货舱都是采用座舱排气进行加温的。第七十页，共107页。8.7电子设备舱冷却电子设备散热量大。为保证电子设备的正常工作，对电子设备进行冷却。为减少发动机的引气量、减小制冷系统的工作负荷，现代大型客机普遍采用座舱排气对电子设备进行冷却。第七十一页，共107页。电子设备冷却组成与原理图组成：包括冷却供气管路和冷却排气管路。供气管路上的主要功能元件为供气风扇、空气低流量传感器，排气管路上的功能元件为排气风扇、空气低流量传感器和气动排气活门。第七十二页，共107页。电子设备冷却原理电子设备主供气风扇主排气风扇气动排气活门至前货舱至机外备用排气风扇备用供气风扇低流量传感器低流量传感器第七十三页，共107页。系统的工作原理在飞机接通电源后，电子设备冷却系统即自动地开始工作。若主风扇故障，则可通过选择开关使备用风扇开始工作。当飞机内外压差在一定范围内时，选定的风扇连续工作，并且气动排气活门处于全开位。当飞机在地面或在低空飞行时，座舱内外压差低，风扇工作，其产生压差以使空气流动，对设备进行冷却，冷却空气经由气动排气活门及排气口排出机外。在飞行过程中，座舱压差增大，流经风扇管路的空气流量增大，气动排气活门开始开闭，当座舱内外压差达一定值时，活门关闭。设备冷却空气主要排向前货舱地板下，对货舱进行加温，然后通过前排气活门排出机外。第七十四页，共107页。A320飞机的空调系统和增压系统介绍第七十五页，共107页。一、A320飞机引气系统第七十六页，共107页。A320气源车接口第七十七页，共107页。A320供气系统第七十八页，共107页。A320第七十九页，共107页。APU引气第八十页，共107页。地面气源车引气第八十一页，共107页。

第八十二页，共107页。二、A320飞机空调系统1.空调系统的作用和要求空调系统是为保证舱内的温度、压力、供氧等，对人、动物舒适