飛機制冷系統評價方法介紹

田婷婷

摘 要：本文介紹了起飛總質量法的估算模型，并以此計算了四種不同的制冷系統方案。通過必要的對比分析，說明該估算模型的合理性，可作為一種有效的飛機制冷系統評價方法。

關鍵詞：制冷系統；評價方法；起飛總質量法

1 研究意義

系統設計時，常有不同的系統方案可以滿足，需要對這些系統進行比較和評定，以選定最佳方案。在評價制冷系統時，所需要考慮的因素包括：系統的裝機重量；設計和制造所需的周期；研制經費及成本；安裝位置；系統的需用功率；系統五性情況；飛機增加的氣動阻力和系統維護。在上述各種因素中，系統裝機重量、氣動阻力等因素直接影響飛機的飛行品質，研制周期、經費等因素則直接影響飛機的經濟性，安裝位置則影響飛機的布局，需用功率則影響飛機的設計，系統五性、系統維護情況則影響飛機的使用。

在方案階段，常以系統的重量、系統的需用功率以及飛機增加的阻力等三種因素進行評價。然而只通過裝機重量或需用功率或飛機阻力等單一因素來評價一個系統是否優異并不準確，需要有一個能這三種因素轉換成某種共同單位的方法，如飛機性能代償損失。因此目前進行系統評價，主要有當量質量法、當量阻力法和起飛總質量法。為獲得較好的經濟性，常采用起飛總質量法來計算不同制冷系統的性能代償損失。[1]

2 起飛總質量法介紹

起飛總質量法是將制冷系統對飛機的重量、需用功率及飛行阻力等影響因素都折算成起飛總質量的增加量。其估算模型[2]包括：系統固定裝置質量；為運輸固定系統裝置質量所引起的燃油代償損失；克服沖壓空氣阻力所引起的燃油代償損失；從發動機軸輸出功率所引起的燃油代償損失和從發動機壓氣機引氣所引起的燃油代償損失。

下面分別介紹每一部分模型。

2.1 系統固定裝置質量所引起的燃油代償損失

制冷系統的固定質量主要指系統的裝機重量，包括系統的成附件、控制機構、管路（包含管路連接件、緊固件等）、安裝固定裝置及電氣連接件等。系統的固定裝置質量

me可根據實際裝機情況統計出來，一般情況下是個定值（不包括消耗性的冷卻劑）。在飛行包線內，運輸系統固定質量需要消耗燃油mf，E。兩者之和為系統固定裝置質量所引起的燃油代償損失。該部分基于制冷系統對于飛機重量的影響因素的考慮。

2.2 克服沖壓空氣阻力所引起的燃油代償損失

制冷系統中常需要引外界沖壓空氣或用于換熱器冷邊，或用于應急通風，或用于增壓氣源。沖壓空氣常對飛行產生氣動阻力，因此為了克服沖壓空氣阻力需要消耗燃油，為了運輸這部分消耗的燃油，又需要額外消耗燃油，這樣就構成了克服沖壓空氣阻力的燃油代償損失mf，D。該部分基于制冷系統對于飛機飛行阻力的影響因素的考慮。

2.3 從發動機軸輸出功率所引起的燃油代償損失

制冷系統中的某些部件有時需要靠發動機輸出軸帶動，如蒸發循環制冷系統中的壓縮機。從發動機軸輸出功率要消耗燃油，而為了運輸這部分燃油又需要消耗燃油，這樣就構成了從發動機軸輸出功率所引起的燃油代償損失mf，P。該部分基于制冷系統對于飛機需用功率的影響因素的考慮。

2.4 從發動機引氣而引起的燃油代償損失

傳統的空氣循環制冷系統全都需要從發動機壓氣機引氣，這勢必會影響發動機的功率輸出，即需要附加消耗燃油量。為了運輸這部分燃油又需要消耗燃油。這樣就構成了從發動機引氣而引起的燃油代償損失mf，bl。該部分也是基于制冷系統對于飛機需用功率的影響因素的考慮。

因此，得出起飛總質量法的模型估算公式為：

△mT=mE+mf，E+mf，D+mf，p+mf，bl（1）

3 計算分析

在進行某大型水陸兩棲飛機制冷系統方案評價時，可采用起飛總質量法定量分析，見下表。

通過上表，可知四種方案中電動式空氣循環制冷系統的△mT最小。雖然它mf，D最大（引外界沖壓空氣作為換熱器冷邊和壓縮氣源），但是不從發動機引氣，缺少mf，bl，使得它比傳統的從發動機引氣的空氣循環制冷系統起飛總質量要小得多。同時它的固定裝置質量又比蒸發循環制冷系統要小，因此它是四種方案中最經濟的方案。

4 結論

本文描述的起飛總質量法通過將制冷系統對飛機的重量、需用功率及飛行阻力等影響因素都折算成起飛總質量的增加量，實現了定量對比分析不同的制冷系統，可作為一種有效的評價方法。

參考文獻：

[1]壽榮中，何慧珊.空調系統的飛機性能代償損失估算方法[J].北京：北京航空學院，BH.F334，1980.

[2]崔高偉.飛機環境控制系統的優化方法研究[D].南京：南京航空航天大學，2014.