某型直升機空調冷凝器總成壓力損失的解決方案

梁光飛，焦密，宋新洲，李飛

摘 要：現對某型直升機的座艙空調系統的冷凝器總成進行改進，優化其引風結構。采用Fluent軟件對百葉窗結構的空氣流動組織、壓力損失進行分析。結果顯示：空氣通過該結構的壓力損失311Pa，優化后的百葉窗結構作為引風導流裝置，其壓力損失減少了115Pa。

關鍵詞：引氣結構；壓力損失；流動組織

引言

國外早在20世紀60年代開始就在直升機上安裝了空調，目前國外很多軍用直升機上均配備空調。如“海王”直升機、“黑鷹”直升機以及“阿帕奇”直升機空調等。[3]

直升機的飛行速度一般在0.2Ma左右[1]，冷空氣即沖壓空氣動能較小，采用貓耳洞型式的引風結構作用不大。目前，國內對機載空調系統的研究僅限系統級別，主要包括：

李武奇、唐伯清、張均勇等對空氣壓縮式、蒸汽壓縮式、熱電制冷3種制冷系統進行了比較，提出蒸汽壓縮式制冷系統系統應用于制冷量需求較大的航電設備。[3]

肖曉勁，袁修干對兩種空氣循環制冷系統方案進行了對比和分析。[4]

國內無對冷凝器總成引風裝置的研究，本文針對引風裝置進行了一定的研究分析。

1 系統及冷凝器總成概述

1.1 系統工作原理

通過壓縮機旋轉，制冷過程連續不斷地進行循環，艙內熱量不斷地被蒸發器內制冷劑帶走，從而完成整艙的降溫；艙內空氣通過蒸發器時，空氣中的水分凝結成水滴，被引至艙外排出，從而起到除濕作用。

1.2 冷凝器總成概述

為滿足極限工況下的要求，通過優化冷凝器引風裝置的結構，降低空氣通過引風裝置的阻力，有利于提高冷凝器總成的冷卻風量和空調系統的制冷能力。

2 冷凝器總成

2.1 冷凝風量的確定

空氣通過風道后進入冷凝器芯體內與制冷劑進行熱量交換。冷凝器總成的制冷能力為3.5kW，根據熱平衡方程得出所需風量。

G=■

式中，Q為冷凝器總成的制冷能力，3.5kW；Cp為空氣的比熱容，1005J/（kg·K）； 為空氣的溫升，取21℃；G為空氣工質的質量流量，單位kg/s。計算得出需要的風量為500m3/h。

2.2 引風裝置

國內固定翼飛機的空調或吊艙引風裝置多采用貓耳洞結構，部分采用百葉窗型式。

直升機空調或引風幾乎全部采用百葉窗型式。

貓耳洞形似貓耳，百葉窗由多個并列排布的導流葉片組成。貓耳洞、百葉窗與飛機蒙皮通過鉚釘鉚接而成，沖壓空氣由突出部分的入口處進入飛機或吊艙內部。

貓耳洞強度略高，引入艙內的空氣具備較高的壓頭，可引入某些系統中，作為冷卻其他工質的熱沉，最后將熱量導出機艙外。

百葉窗結構強度略差，引入的空氣壓頭一般較小，用途受到一定的限制。

2.2.1 引風裝置——百葉窗

流體分析：冷凝器芯體的翅片厚度僅0.07mm，若冷凝器總成劃分網格，數量極為巨大，嚴重影響計算速度。而冷凝器芯體已有相關的試驗數據，因此，對引風裝置的入口和風道進行分析，結合芯體的試驗數據，對冷凝器總成進行整體分析和評估。

將在proe建立的模型導入有限元分析軟件ansys的fluent模塊，對引風裝置進行仿真分析。仿真模型將不影響計算結果的外部圓角、倒角簡化，以保證計算資源的有效利用。

為保證引風入口的流動情況與實際相符，在入口處建立一個較大的空間，模擬實際的入口條件。

空氣由百葉窗導流進入風道內部，由于導流效果明顯，空氣流線與百葉窗外形輪廓近似，空氣流到轉彎風道后，并在通風風道底部形成一個大的渦旋區，影響了空氣流動。而后空氣沿壁面流入長圓形風道內，而后流出冷凝器總成。

在此過程中，空氣進入百葉窗導流片內，存在突縮和轉彎損失，進入風道內，有轉彎損失，進入長圓形風道內有突縮損失。

空氣通過引風裝置總的壓力損失為311Pa，入口處的壓力損失較大，且流線分布不均勻。

2.2.2 引風結構——改進型百葉窗

（1）改進型百葉窗介紹。為提高空調引風風量，減小引風結構處的空氣壓力損失，對原百葉窗結構進行改進，具體改進如下：a.將弧形的導流葉片改為平面結構；b.導流片的導流角度減小；c.兩端連接部位由圓弧過度改為板材折彎的型式；d.增大葉片之間的間距。（2）流體分析。采用相同的方式對模型進行處理，通過對模型進行分析，得到靜壓場。

與改進前相比，導流片的導流角度變小，流動阻力較小。空氣通過百葉窗導流片后，進入通風風道的流動更加均勻，這樣有利于流動阻力的減小，有利于空氣與冷凝器芯體充分換熱。

額定風量下，空氣通過引風裝置的阻力為196Pa，入口處的壓力損失降低，空氣整體流動略有不均。

3 結束語

通過對兩種結構的引風裝置對比：改進后的百葉窗流動阻力比原結構減小110Pa，有利于系統的正常運行。

原百葉窗結構流動阻力的分析結果與試驗數據相吻合。而改進后的百葉窗結構模型存在一定程度的假設和處理。因此本報告分析結果僅供參考，最終結論需要進一步通過試驗進行驗證。

參考文獻

[1]壽榮中，何慧姍.飛行器環境控制，北京航空航天大學出版社，2003.

[2]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].高等教育出版社，2006.

[3]李武奇，唐伯清，張均勇等.蒸汽壓縮式制冷系統在航空中的應用[J].飛機設計，2018年4月.

[4]肖曉勁，袁修干.直升機空氣循環制冷系統方案比較[J].制冷學報，2004年第3期.

[5]仇振安，包睿，毛陽，楊國茹.直升機蒸發循環核心部件耐腐蝕技術研究[J].直升機技術，2017年第4期.

[6]朱玲美，蔣福根等.一種提高飛機空調系統制冷能力的方法[M].南京航空航天大學學報，2005年8月.