飞机空调系统ppt课件.ppt

6.1 环境控制系统概述环境控制系统概述一、一、大气物理特性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标准大气压力随高度变化的规律(红线红线）标准大气温度随高度变化的规律标准大气温度随高度变化的规律(黄线黄线)HP/T 高高 度度温温 度度 压压 力力密密 度度H(m)T(K)t()P(kPa)P(mmHg)p/p0 (kg/m3) / 0-1000294.6521.50113.93854.551.12441.34701.0996-500291.4018.25107.47806.151.06071.28491.04890288.1515.00101.325760.001.00001.22501.00001000281.658.5089.876674.120.88701.11170.90752000275.152.0079.501596.300.78461.00660.82173000268.66-4.4970.121525.950.69200.90930.74234000262.17-10.9861.660462.490.60850.81940.66895000255.28-17.4754.048405.390.53340.73640.60126000249.19-23.9647.217354.160.46600.66010.53897000242.70-30.4541.105308.310.40570.59000.48178000236.22-36.9335.651267.400.35190.52580.42929000229.73-43.4230.800231.020.30400.46710.381310000223.25-49.9026.499198.760.26150.41350.337611000216.77-56.3822.699170.260.22400.36480.297812000216.65-56.5019.399145.500.19150.31190.254613000216.65-56.5016.579124.350.16360.26660.217614000216.65-56.5014.170106.280.14000.22790.186015000216.65-56.5012.11190.850.11950.19480.1590二、高空环境对人体生理影响二、高空环境对人体生理影响高空缺氧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：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、嘴唇指甲发紫等指甲发紫等低压的危害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：例如：当高度增加到当高度增加到19.2km时，大气压力降到时，大气压力降到47mmHg，此压力，此压力下水的沸点为下水的沸点为37，即人体体温；在此压力下，人体体液即人体体温；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高空减压症压力变化率和爆炸减压的危害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发生爆炸减压事故后的安全措施迅速将飞机下降到迅速将飞机下降到4,000m左右的安全高度左右的安全高度尽快使用氧气设备尽快使用氧气设备温度和湿度的影响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人体适宜温度为15-26 （最佳（最佳20-22）湿度对人体影响主要是干燥，需供应饮料湿度对人体影响主要是干燥，需供应饮料其他影响因素其他影响因素臭氧臭氧 /噪声噪声 /空气清洁度空气清洁度/密封舱通风密封舱通风三、气密座舱的环境参数三、气密座舱的环境参数温度温度 213 温度场均匀温度场均匀压力压力座舱高度座舱高度 8,000ft（超过（超过10,000ft有警告）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规定值不同，与飞机最大使用高度有关压力变化率压力变化率爬升率爬升率 500ft/min 下降率下降率 350ft/min通风量通风量每小时换气次数不低于每小时换气次数不低于2530 次（约每次（约每2 分钟一次）分钟一次）空气流速空气流速 0.2m/s 五、现代喷气客机空调系统基本组成和工作原理五、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6.2 气源系统气源系统气源系统功用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数后供入座舱发动机或机翼前缘等的防冰加温发动机或机翼前缘等的防冰加温水系统、液压系统增压等水系统、液压系统增压等气源系统组成气源系统组成增压供气源增压供气源发动机压气机引气发动机压气机引气增压器引气增压器引气APU引气引气地面气源车地面气源车供气参数控制供气参数控制压力压力/流量流量/温度温度现代喷气客机增压气源现代喷气客机增压气源一、发动机引气一、发动机引气引气部位：喷气发动机的高压压气机引气部位：喷气发动机的高压压气机低压级引气低压级引气 & 高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减少发动机功率的损耗交输供气交输供气由交输活门控制，装在两套系统的中间管道上由交输活门控制，装在两套系统的中间管道上用途用途任何一台发动机引气可供任一路空调系统工作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）缺点：污染气源并对发动机性能有影响（功率损失）二、空气清洁器二、空气清洁器安装部位安装部位一级热交换器的入口处一级热交换器的入口处作用作用清除引气中的杂质，防止一级热交换器堵塞清除引气中的杂质，防止一级热交换器堵塞构造构造进气道周边百叶窗式叶片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）控制活门（利用襟翼位置电门来控制）工作情况工作情况高空关闭、低空打开高空关闭、低空打开当襟翼放下到某一角度时，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在地面主发供气时打开APU和地面气源供气时关闭和地面气源供气时关闭引气压力调节装置引气压力调节装置压力调节和关断活门压力调节和关断活门 功用功用引气开关引气开关可保持出口压力一定可保持出口压力一定工作工作出口压力出口压力 45PSI过压关断过压关断 180PSI反向关断反向关断 -0.18PSI温度控制温度控制预冷器冷却引气（风扇）预冷器冷却引气（风扇）出口气温出口气温 450 超温关断超温关断 490 三、气源系统的调节与控制三、气源系统的调节与控制 调节器流量控制活门流量控制活门组成（组成（组件活门组件活门）文氏管文氏管调压器调压器原理（原理（节流原理节流原理）调压器感受喉部压力和进口调压器感受喉部压力和进口压差，控制活门开度，调节压差，控制活门开度，调节气体流量气体流量流量控制活门可以根据不同流量控制活门可以根据不同的情况控制流向下游的空气的情况控制流向下游的空气量量文氏管特性文氏管特性P2/P10.528时，时，V2为音速，音速为音速，音速阻塞阻塞P2/P10.528时，为亚音速流动，时，为亚音速流动，流量随流量随P2/P1的增加而减小的增加而减小6.3 温度控制系统温度控制系统 6.3.1 空气循环式座舱温度控制基本原理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 压温度控制系统主要附件温度控制系统主要附件温度传感器温度传感器热敏电阻传感器热敏电阻传感器（负温度系数，热灵敏性较好）（负温度系数，热灵敏性较好）电阻丝温度传感器（正温度系数）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）热电偶温度传感器（电压与热端温度成正比）温度控制活门温度控制活门单活门式：活门只安装在热路上单活门式：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（电子式温度控制器（惠斯登电桥原理惠斯登电桥原理）温度电桥温度电桥，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，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，控制座舱温度度，改变冷热路空气流量对比，控制座舱温度温升速率电桥温升速率电桥，其作用是感受供入座舱空气的温度变化率，以控制温度，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：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，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，以确保安全以确保安全 制冷组件制冷组件蒸发循环制冷装置蒸发循环制冷装置空气循环制冷装置空气循环制冷装置一、蒸发循环制冷一、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：氟利昂制冷剂：氟利昂R126.3.2 制冷组件制冷组件二二 空气循环制冷空气循环制冷 简单式简单式工作原理工作原理热空气先经过热交换器（初级热空气先经过热交换器（初级/二级）降温，而后送入涡二级）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，一步降低，涡轮带动的风扇抽吸冷却空气通过热交换器，提高热交换效率提高热交换效率特点特点地面地面/低空制冷效率高低空制冷效率高高空制冷效率低高空制冷效率低高空空气稀薄，风扇负载低高空空气稀薄，风扇负载低升压式升压式工作原理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，制冷效果好特点特点 高空制冷效果好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）涡轮压气机风扇式（三轮式）集前两种系统优点于一身，制冷效率高集前两种系统优点于一身，制冷效率高 去混合室4、除湿系统、除湿系统低压除水系统低压除水系统 低压水分离器低压水分离器作用：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、堵塞指示器构造：凝结聚集套、旁通活门、堵塞指示器防冰方法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，保持在冰点以上温控活门：调节进入水分离器的空气温度，保持在冰点以上典型飞机空调温度控制系统典型飞机空调温度控制系统6.4 压力控制系统压力控制系统基本任务基本任务 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体生理要求 压力控制原理：控制座舱排气规律压力控制原理：控制座舱排气规律 绝对压力绝对压力 放气活门开度的大小放气活门开度的大小 压力变化率压力变化率 放气活门开关的快慢放气活门开关的快慢 余压余压 监控信号监控信号 座舱压力制度座舱压力制度 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 类型类型 三段式三段式 直线式直线式 压力控制器压力控制器 气动式气动式 电子式电子式PHPH气动式座舱压力控制器气动式座舱压力控制器 传感器传感器真空膜盒：座舱绝对压力高度传感器真空膜盒：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带节流孔开口膜盒：座舱高度压力变化率传感器 缺点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，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不能进行压力变化率的调节仅适用于低速飞机仅适用于低速飞机电子式座舱压力控制器电子式座舱压力控制器原理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的开关以及开关的速率工作模式工作模式自动模式自动模式备用模式备用模式人工直流模式人工直流模式人工交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压力控制器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，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，驱动放气活门发出控制信号到排气活门的马达，驱动放气活门马达马达交流马达交流马达自动与人工交流工作模式自动与人工交流工作模式直流马达直流马达备用及人工直流工作模式备用及人工直流工作模式排气活门排气活门后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的空气压力前排气活门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主要附件现代民航客机自动模式座舱压力制度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 转换压力工作程序工作程序起飞前，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BC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CD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DE段巡航程序巡航程序执行等压余压控制关到最小开度EF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FG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”位全开位安全措施安全措施外释压活门（安全活门）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）内释压活门（负释压活门）防止出现过大的负余压，当防止出现过大的负余压，当 PC -1.0PSI时，打开时，打开压力均衡活门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另一个活门在飞机减压中使空气流出货舱座舱高度警告座舱高度警告当座舱高度大于当座舱高度大于10，000英尺时，发出音响警告英尺时，发出音响警告6.5 货舱加温及电子设备舱的冷却货舱加温及电子设备舱的冷却货舱加温货舱加温目的目的保持货舱温度高于结冰温度，防止冻坏货物保持货舱温度高于结冰温度，防止冻坏货物加温方法加温方法利用座舱排气对货舱进行加温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出机外不同部位，加温方法不同不同部位，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、中货舱排气加热后货舱：利用客舱排气和前、中货舱排气加热座舱加温区域座舱加温区域电子设备冷却电子设备冷却系统组成系统组成进口管路进口管路:两个风扇（主风扇两个风扇（主风扇/备用风扇）备用风扇）出口管路出口管路:自动流量控制活门自动流量控制活门+单向活门单向活门空气流量探测装置空气流量探测装置排气关断警告灯排气关断警告灯低流量传感器（加热探头）低流量传感器（加热探头）自动流量控制活门空中关闭自动流量控制活门空中关闭低流量传感器工作低流量传感器工作 温控电桥温控电桥 预感电桥预感电桥 AR1 R2R3 R4BCD+-A慢 快R3 R4BCD+-