飛機(jī)座艙環(huán)境控制

摘 要：飛機(jī)座艙環(huán)境控制包含氣源、冷卻、加熱、溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)、座艙壓力調(diào)節(jié)和空氣分配的分系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：座艙的壓力 溫度控制

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（b）-0060-01

高空飛行過(guò)程中飛機(jī)外界環(huán)境壓力條件的變化時(shí)是非常劇烈的，飛機(jī)的環(huán)境控制系統(tǒng)以控制座艙和設(shè)備艙的壓力和溫度為主，它包括增壓座艙、座艙供氣和空氣分配、座艙壓力控制、溫度控制和濕度控制。采用增壓座艙技術(shù)能防護(hù)高空低氣壓、缺氧、寒冷、高速氣流的影響，座艙增壓制度是要考慮飛機(jī)性能、任務(wù)、工程技術(shù)條件等的需要，飛機(jī)增壓座艙是在飛機(jī)飛行過(guò)程中通過(guò)座艙調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，不管飛多高能使座艙保持高于外界大氣環(huán)境氣壓符合人體生理的壓力環(huán)境。

1 座艙的壓力調(diào)節(jié)

座艙環(huán)境空氣的總壓（座艙高度氣壓）等于外界大氣壓力和座艙余壓之和，提高座艙高度氣壓就能提升飛行員吸入空氣的氧分壓。座艙空氣的余壓（座艙壓差）是座艙空氣壓力與外界大氣壓力之差，座艙余壓與飛機(jī)座艙結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、座艙內(nèi)空氣絕對(duì)壓力值、飛機(jī)最大飛行高度的大氣壓力值有關(guān)，飛機(jī)座艙余壓一般為（24.5～78.4）kPa。座艙壓力變化速率會(huì)影響人的中耳，人的中耳對(duì)大氣壓力變化的生理承受能力有限，座艙壓力變化的舒適標(biāo)準(zhǔn)是增壓率23 Pa/s，減壓率31 Pa/s，允許飛機(jī)在飛行時(shí)通過(guò)機(jī)械調(diào)節(jié)增壓座艙，但產(chǎn)生的壓力波動(dòng)不應(yīng)超出人體忍耐限度。為防止增壓座艙發(fā)生爆炸減壓給人體傷害，當(dāng)氣密座艙最大余壓值超過(guò)29.4 kPa時(shí)，正向壓力差的安全活門自動(dòng)打開(kāi)，使座艙減壓；當(dāng)座艙壓力小于外界大氣壓力時(shí)，反向壓力差安全活門自動(dòng)開(kāi)啟，空氣進(jìn)入座艙抵消負(fù)壓。

2 座艙控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成

座艙環(huán)境控制系統(tǒng)又稱座艙空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱空調(diào)系統(tǒng)），座艙環(huán)境控制系統(tǒng)由氣源、冷卻、加熱、溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)、座艙壓力調(diào)節(jié)和空氣分配的分系統(tǒng)組成。

2.1 座艙供氣和通風(fēng)裝置

利用壓縮空氣，并將壓縮空氣通過(guò)供氣管道輸送到座艙內(nèi)各部位，實(shí)現(xiàn)座艙的增壓和通風(fēng)。它包括增壓空氣泵、供氣調(diào)節(jié)裝置、空氣過(guò)濾器、供氣開(kāi)關(guān)、單向活門和消音器等。空氣分配是將調(diào)節(jié)空氣按規(guī)定的比例分配各個(gè)地方，保證艙內(nèi)溫度均勻、風(fēng)速適宜。空氣分配系統(tǒng)包括輸氣主管、支管、供氣開(kāi)關(guān)和各種噴嘴等。過(guò)濾再生設(shè)施是吸收和排除座艙內(nèi)的二氧化碳、水蒸氣、華油、一氧化碳等有害物質(zhì)的裝置。

2.2 座艙壓力調(diào)節(jié)器

座艙壓力調(diào)節(jié)器就是壓力控制系統(tǒng)，是調(diào)節(jié)增壓座艙內(nèi)空氣壓力和壓力變化速度的裝置，由控制機(jī)構(gòu)（控制器）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（排氣活門）組成。座艙壓力調(diào)節(jié)器分為直接式和間接式兩大類，調(diào)節(jié)器把座艙壓力、壓差、壓力變化速度與相應(yīng)的給定值進(jìn)行比較，利用所得的差值來(lái)控制排氣活門的開(kāi)度，改變座艙的排氣量來(lái)控制座艙的空氣壓力。壓力調(diào)節(jié)器的作用是調(diào)節(jié)座艙壓力，使座艙壓力按預(yù)定的規(guī)律隨飛行高度的變化而變，使座艙的絕對(duì)壓力按預(yù)定的規(guī)律隨飛行高度而變化，這種變化規(guī)律稱為座艙壓力制度。

2.3 座艙溫度調(diào)節(jié)裝置

用于調(diào)節(jié)座艙內(nèi)溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)，它由空氣加溫器、冷卻裝置、座艙溫度傳感器、冷路和熱路空氣分配活門等組成。溫度控制系統(tǒng)合理地控制冷、熱空氣的混合，對(duì)座艙的熱載荷進(jìn)行平衡，以達(dá)到控制座艙溫度的目的。熱空氣直接從發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引出，冷空氣由冷卻系統(tǒng)提供，低溫冷空氣與高溫?zé)峥諝饨?jīng)過(guò)溫控裝置適當(dāng)混合送入座艙。座艙溫度設(shè)定后通常由溫控裝置自動(dòng)控制，必要時(shí)可人工調(diào)節(jié)。座艙內(nèi)還配有空氣過(guò)濾盒再生裝置用來(lái)過(guò)濾和排除有害氣體和物質(zhì)。

2.4 冷卻系統(tǒng)和加溫系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)又稱制冷系統(tǒng)，是給座艙或設(shè)備艙的空氣調(diào)節(jié)提供冷空氣的系統(tǒng)，它是座艙空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分。冷卻系統(tǒng)的型式和組成的工作原理，往往代表著空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特征。冷卻系統(tǒng)分空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)和蒸發(fā)循環(huán)冷卻系統(tǒng)兩種。

加溫系統(tǒng)用發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的熱空氣作為熱源，它所具有的溫度和熱焓足夠保證座艙所必須的溫度。飛機(jī)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)（冷卻、加溫、加濕、去濕、通風(fēng)和增壓等）是一個(gè)整體，故來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的壓縮熱空氣，只要通過(guò)一個(gè)繞過(guò)冷卻渦輪或熱交換器的旁路系統(tǒng)（熱路）向座艙進(jìn)行加溫。

3 座艙的種類、材料和氣密控制

飛機(jī)氣密座艙是由金屬蒙皮、隔框、桁條和有機(jī)玻璃組成的外殼，氣密機(jī)構(gòu)很好。能保證座艙壁的氣密要求，與外界隔絕且具有隔熱、隔音效果，可以減少外界惡劣氣候條件對(duì)座艙的影響。座艙氣密性直接影響座艙空氣的壓力和溫度，嚴(yán)重時(shí)危及飛行員的生命。氣密座艙有通風(fēng)式和再生式兩種，目前飛機(jī)上最常用的是通風(fēng)式的。通風(fēng)式氣密座艙是利用發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)（或?qū)Ｓ迷鰤浩鳎┕┙o的增壓空氣來(lái)增壓和通風(fēng)的座艙。由壓氣機(jī)來(lái)的增壓空氣經(jīng)過(guò)溫度調(diào)節(jié)裝置，供氣開(kāi)關(guān)等附件，不斷進(jìn)入座艙。座艙內(nèi)的空氣又不斷地經(jīng)壓力調(diào)節(jié)裝置流出，帶走乘員的二氧化碳和水汽，使艙內(nèi)空氣保持新鮮。溫度調(diào)節(jié)裝置能自動(dòng)控制流向加溫裝置和冷卻裝置的空氣流量比例，以保持座艙溫度。壓力調(diào)節(jié)器用來(lái)調(diào)節(jié)座艙壓力，使它按一定的規(guī)律變化。通風(fēng)式座艙的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)座艙氣密性要求較低，因而構(gòu)造簡(jiǎn)單；增壓空氣溫度較高，一般不要另裝加溫設(shè)備。其主要缺點(diǎn)是使用高度受增壓裝置的限制，一般只適用于升限在20～25 km范圍之內(nèi)的飛機(jī)。再生式氣密座艙-艙內(nèi)裝有再生裝置不斷地將艙內(nèi)二氧化碳和水汽吸收，再生成氧氣放出，使座艙內(nèi)空氣能循環(huán)使用。為了補(bǔ)償座艙空氣泄露，利用機(jī)上的氧氣瓶和冷氣瓶向艙內(nèi)輸送氣體。

4 結(jié)論

飛機(jī)座艙環(huán)境控制主要是對(duì)座艙進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)和溫濕度的調(diào)節(jié)，使座艙內(nèi)部空氣達(dá)到與海平面大氣環(huán)境一樣適宜的生存環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1] 何永勃，楊燕輝，王麗哲.飛機(jī)空氣循環(huán)機(jī)的建模與故障仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012（8）.

[2] 王浚，余建祖，莊達(dá)民，等.新興的人機(jī)與環(huán)境工程技術(shù)科學(xué)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（5）.

[3] 劉偉，袁修干，莊達(dá)民，等.眼動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及其在工效學(xué)中的應(yīng)用[J].航空學(xué)報(bào)，2001（5）.

[4] 肖曉勁，袁修干.機(jī)載吊艙電動(dòng)逆升壓式空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)研究[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（11）.

[5] 寧獻(xiàn)文，張利珍，王浚.旅客機(jī)座艙熱舒適動(dòng)態(tài)特性仿真[J].航空學(xué)報(bào)，2006（4）.

[6] 張建東，高曉光，吳勇，等.航空電子綜合化仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2002（6）.