座艙供氣流量分配試驗(yàn)研究

李 驪

座艙供氣流量分配試驗(yàn)研究

李 驪

（航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院 西安 710089）

依據(jù)差壓式流量測(cè)量原理，提出用帶密度補(bǔ)償?shù)牧髯柙囼?yàn)曲線·Δ～描述管路流阻特性的方法，經(jīng)理論證明和試驗(yàn)驗(yàn)證可以依據(jù)地面試驗(yàn)結(jié)果和高空座艙供氣狀態(tài)參數(shù)計(jì)算出座艙供氣分配系統(tǒng)管路高空狀態(tài)的流量特性。提出了大流量分配法，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)支路流阻較小系統(tǒng)的流量分配試驗(yàn)。

座艙供氣；流量分配；流阻特性；密度補(bǔ)償；大流量分配法

0 引言

座艙供氣流量分配試驗(yàn)用于確定飛機(jī)座艙供氣分配系統(tǒng)各管路的通風(fēng)流量、管徑和流阻是否滿足設(shè)計(jì)要求，并通過(guò)試驗(yàn)適當(dāng)調(diào)整部分通風(fēng)支路的流阻滿足各通風(fēng)支路的流量分配比例，以使座艙內(nèi)人員周圍的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)達(dá)到最佳狀態(tài)。

在環(huán)控系統(tǒng)地面模擬試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)中，對(duì)氣體流量的測(cè)量往往由于座艙供氣分配系統(tǒng)管路的安裝位置和空間情況的限制，很難采用加裝流量計(jì)測(cè)量的方法。一般采用流阻曲線Δ～方式表征支路流阻特性，使用流阻曲線計(jì)算流量。由于流量分配試驗(yàn)關(guān)注的各供氣支路流量分配比例關(guān)系在地面試驗(yàn)和工況條件下不變，所以地面試驗(yàn)加裝限流環(huán)后，供氣總流阻在地面條件滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。但在真實(shí)工況高空狀態(tài)質(zhì)量流量不變流阻增大，環(huán)控系統(tǒng)組件出口反壓增加，影響環(huán)控系統(tǒng)工作性能。所以需要試驗(yàn)室模擬不同飛行狀態(tài)的高空環(huán)境對(duì)限流環(huán)進(jìn)行修正。

本文提出用帶密度補(bǔ)償?shù)牧髯柙囼?yàn)曲線·Δ～描述管路流阻特性的方法。解決了地面試驗(yàn)不能準(zhǔn)確描述高空狀態(tài)的座艙供氣支路流阻特性問(wèn)題，可不在需要高空試驗(yàn)修正。

1 ρ·Δp～G流阻曲線理論依據(jù)

飛機(jī)座艙供氣分配系統(tǒng)質(zhì)量流量與差壓（流阻）的關(guān)系符合GB/T 2624-2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量的規(guī)定，因此質(zhì)量流量可以用公式（1）確定：

式中：q為質(zhì)量流量，kg/s；為流出系數(shù)，無(wú)量綱數(shù)；為截流直徑比，無(wú)量綱數(shù)；為可膨脹系數(shù)，無(wú)量綱數(shù)；為節(jié)流孔直徑，m；Δ為差壓，Pa；為測(cè)量時(shí)溫度和壓力下的流體密度，kg/m3。

對(duì)于同一套座艙空氣管路節(jié)流裝置流量計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為公式（2）：

式中：為流量系數(shù)，無(wú)量綱數(shù)。

如式（2）所示在質(zhì)量流量與密度和差壓的關(guān)系中，密度和差壓具有相同的權(quán)重。對(duì)于不可壓縮流體可以不考慮密度變化，僅用差壓就能描述質(zhì)量流量；空氣作為可壓縮流體，密度隨壓力和溫度變化所以僅用差壓變化描述質(zhì)量流量會(huì)帶來(lái)很大的局限性和誤差。

2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

為驗(yàn)證上述理論結(jié)果，設(shè)計(jì)了某座艙供氣系統(tǒng)地面與高空環(huán)境流阻特性試驗(yàn)，地面試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，高空試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 地面試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 高空試驗(yàn)數(shù)據(jù)

續(xù)表2 高空試驗(yàn)數(shù)據(jù)

采用差壓的流阻Δ和帶密度補(bǔ)償?shù)牧髯琛うび?jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 流阻計(jì)算結(jié)果

地面與高空環(huán)境流阻特性試驗(yàn)流阻曲線Δp～對(duì)比如圖1所示。

密度補(bǔ)償流阻曲線·Δ～如圖2所示。

兩種試驗(yàn)曲線高空環(huán)境與地面狀態(tài)誤差對(duì)比如表4所示。

由圖1和圖2對(duì)比可以看出對(duì)同一試驗(yàn)數(shù)據(jù)用兩種流阻曲線描述時(shí)有很大區(qū)別，其中Δ～流阻曲線在地面和高空狀態(tài)即使在空氣溫度無(wú)明顯變化的工況下差別依然很大；·Δ～密度補(bǔ)償流阻曲線則在高空和地面工況下有著很好的一致性。

圖1 Δp～G流阻曲線

圖2 ρ·Δp～G密度補(bǔ)償流阻曲線

表4 試驗(yàn)曲線誤差

表4中計(jì)算了地面和高空試驗(yàn)Δ和·Δ的誤差對(duì)比，在相同的質(zhì)量流量下同一套管路系統(tǒng)流阻Δ相差達(dá)到60%左右，而經(jīng)過(guò)密度補(bǔ)償?shù)牧髯琛うぴ谙嗤馁|(zhì)量流量下誤差小于5%，地面試驗(yàn)結(jié)果可以描述高空狀態(tài)流阻特性。

3 大流量分配法

通常座艙供氣管路支路流速低、流量小、對(duì)應(yīng)的流阻Δ較小準(zhǔn)確測(cè)量困難，依據(jù)已經(jīng)理論和試驗(yàn)證明的流量分配比例特性，即對(duì)同一套座艙供氣管路流量分配比例幾乎不隨總流量和飛行高度的變化而變化。在不改變氣體沿管道的流動(dòng)狀態(tài)條件下，可以放大系統(tǒng)供氣流量提高流阻值進(jìn)行流量分配試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證采用放大系統(tǒng)供氣流量試驗(yàn)方法可極大地簡(jiǎn)化試驗(yàn)步驟、減少標(biāo)準(zhǔn)流量設(shè)備和高精度傳感器使用量。

管路大流量分配試驗(yàn)方法為：依據(jù)流阻特性試驗(yàn)結(jié)果，流阻最大的支路不加限流環(huán)，控制系統(tǒng)供氣標(biāo)準(zhǔn)流量為該支路流量與流阻次大的支路設(shè)計(jì)流量之和的倍數(shù)；上述支路流量按·Δ流阻特性曲線計(jì)算，調(diào)節(jié)流阻次大支路限流環(huán)直徑，使兩個(gè)支路流量均滿足流量分配比例要求；依次調(diào)節(jié)其余支路限流環(huán)直徑，使各支路流量均滿足流量分配比例要求。

4 結(jié)論

本文依據(jù)GB/T 2624-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量》規(guī)定的流量計(jì)算公式從理論上證明了采用流阻（差壓）描述空氣流量特性時(shí)不能忽略空氣密度的影響，并利用某座艙空氣分配系統(tǒng)管路進(jìn)行了地面和高空狀態(tài)對(duì)比驗(yàn)證。提出密度補(bǔ)償流阻·Δ概念和·Δ～流阻曲線，可使用地面試驗(yàn)數(shù)據(jù)描述同一套座艙空氣管路在各不同工況下的流阻特性。

大流量分配試驗(yàn)方法可以較好的解決座艙供氣流量分配試驗(yàn)中較小流阻測(cè)量難題。

·Δ～流阻曲線和大流量分配試驗(yàn)方法同樣適用于飛機(jī)電子設(shè)備冷卻系統(tǒng)供氣流量分配試驗(yàn)。

[1] GB/T 2624-2006,用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[2] CCAR-25-R4,中國(guó)民用航空規(guī)章第25部:運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].中國(guó)民用航空局,2011.

[3] 壽榮中,何慧姍.飛行器環(huán)境控制[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004:31-133.

[4] 達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2004: 97-133.

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[6] 任玉峰.差壓式流量傳感器測(cè)量一般氣體流量時(shí)的溫度壓力補(bǔ)償方法[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2006, (6):56-58.

[7] 安楊,馬俊,劉偉東,等.某型機(jī)供氣分配系統(tǒng)故障分析與設(shè)計(jì)改進(jìn)[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2017,49(s): 158-162.

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A Research of the Flow Rate Distribution for Cabin Air Supply

Li Li

( AVIC the first aircraft institute, Xi’an, 710089 )

According to the measuring method of flow rate which based on the pressure difference, this paper gives a method to describe the relation between flow rate and pressure drop for a duct, by using the curve(·Δ～) with density compensation. Both theoretical calculation and experiments verification show that we can figure out the flow rate character of the cabin air distribution ducts in high altitude, based on experiments in ground and calculation of air supply parameter in high altitude. This paper gives a method of large flow rate distribution, and it is used in the flow rate distribution experiment with small pressure lost in the ducts.

cabin air supply; flow rate distribution; the relation between flow rate and pressure lost; density compensation; large flow rate distribution method

V216

A

1671-6612（2020）05-524-03

李 驪（1968-），男，本科，高級(jí)工程師，E-mail：lee603@sina.com

2019-12-16