波音737NG飞机空调系统构型差异研究.doc

波音737NG飞机空调系统构型差异研究 王舰 （广州民航职业技术学院，广东广州510403） 摘要：介绍了波音737NG飞机空调系统的组成，重点对比分析了737-700和737-800两种型号空调系统的差异，指出737-800飞机的空调系统在冷却系统和温度控制系统上较之737-700有着明显的差异与性能的提升，这些构型差异也是地面维护人员在进行737NG机队维护时必须要注意的。 关键词：波音737ng；空调系统；构型差异 0引言 作为目前国内航空公司的主力机型之一，波音737NG（NextGeneration）在公司机队中拥有着相当庞大的数量。波音737NG包括了737-600/700/800/900，其中以700和800两种型号在国内最为常见，它们不仅在尺寸上有所不同，在一些系统构型上也有所差异甚至差异较大，空调系统就是一个典型代表。以下本文就针对波音737-700和737-800在空调系统上的具体差异进行对比介绍。 1波音737NG空调系统简介 波音737NG飞机的空调系统通过控制调节飞机内部的环境参数如压力、温度、湿度、洁净度及异味等，为飞机上的人员、设备以及货物提供一个合适的环境，从而保证机组和乘客的安全舒适、货舱货物的正常运输、机载电子设备的可靠工作以及飞机结构的安全。它主要由分配系统、增压系统、冷却系统、温度控制系统和加温系统组成。其中，冷却系统将气源系统提供过来的高温引气冷却，形成冷路空气；温度控制系统通过控制冷热两路空气的混合来控制驾驶舱和客舱区域的温度；分配系统的主要作用包括将调节好的空调空气输送到各个舱区、循环使用部分客舱空气、提供飞机厨房和厕所的通风以及实现电子设备的冷却；增压系统的基本任务是保证在给定的飞机高度范围内，座舱压力及其变化速率满足乘员较舒适生存的需求和飞机结构的安全；加温系统负责前后货舱区域以及一些舱门区域的加温。这其中冷却系统是核心和关键，它直接决定了飞机空调系统的工作性能。波音737-700和737-800的空调系统，在冷却系统和温度控制系统上有着明显的构型差异，而其他子系统的组成和工作原理则大致相同。 2冷却系统的构型差异 波音737NG飞机有左右两套冷却组件，采用的是空气循环冷却系统，使用涡轮冷却器和热交换器两种冷却装置来将高温引气冷却。其中涡轮冷却器是核心部件，在飞机手册中又称空气循环机ACM（AirCycleMachine），它由单级的涡轮、压气机和风扇共轴安装，压气机位于涡轮和风扇之间，由空气轴承支撑这个旋转组件，所以整个系统又名三轮式空气循环冷却系统。 图1为波音737-700的空调系统原理图。气源系统的引气经过流量控制活门后一路进入组合式热交换器的初级热交换器，获得初步冷却，再流经空气循环机的升压式压气机，压力提高但温度又有所回升，再经过次级热交换器冷却，最后通过涡轮膨胀降温形成冷路空气。空气流经涡轮膨胀做功的轴功率带动同轴的压气机和风扇转动。风扇在飞行中协助冲压空气流动作为组合式热交换器的冷边空气；在地面没有冲压空气的情况下，由风扇提供热交换器的冷边空气，从而保证在地面也有足够的制冷能力。 涡轮的出口安装有一个水分离器，通过其内部的凝结网使涡轮出口的低温空气中悬浮的细小水雾凝结成较大的水滴，再通过导向片旋转产生的离心作用将水滴与空气分离并收集起来。由于水分离器安装在涡轮下游的低压段，所以又称低压水分离器。 图2为波音737-800空气循环冷却系统。 与图1中相同，高温引气经过流量控制活门后进入组合式热交换器的初级热交换器进行初步冷却，然后进入空气循环机的升压式压气机增压，再流经次级热交换器，最后送往空气循环机的涡轮。但与图1中不同的是，从次级热交换器出来的空气在送入涡轮之前先进行了除水。如图2所示，空气从次级热交换器出来后进入再加温器的热边，而后进入冷凝器的热边，冷凝器的冷边空气是下游涡轮出口的冷空气，由于冷凝器传热表面的温度低于空气露点温度，所以空气中的水蒸气被凝结出水分来，再通过水分离器将绝大部分析出的水分分离出来，然后再次进入再加温器的冷边作为再加温器的冷却空气，同时也可使空气中未能分离的水分再蒸发，从而保证进入涡轮的空气已经是非常干燥的空气。由于是在涡轮的上游也即高压段进行了除水，所以也称高压除水。 因此，相较于737-700，737-800的空调冷却系统采用了高压除水，虽然部件增多，管路连接复杂了些，但在同样的温度条件下，压力愈高，凝结出的水分愈多，所以高压除水效率更高，同时由于在进入涡轮之前就已经除去了绝大部分的水分，有效地防止了涡轮冷却器结冰，这样可使设计的涡轮出口允许温度大大降低，也就意味着在同样的制冷能力下，飞行时从发动机的引气量可以大大减少，节省了发动机功率。 3温度控制系统的构型差异 温度控制系统的作用是控制驾驶舱和客舱的温度，其实现方式是根据需求不断改变供往座舱空气的温度，而改变座舱供气温度的基本方法就是控制冷热路空气的混合比例。在737-700和737-800的空调温控系统中，改变冷热路空气混合比例的形式是不同的。 图1中也展示了737-700的温度控制系统的基本原理。可以看到，气源的高温引气经过流量控制活门的流量调节后，分成了冷热两路。一路经过冷却系统形成冷路空气，另外一路绕过冷却系统直接送至水分离器的下游并与冷路空气掺混，冷热两路的流量由空气混合活门来调节，该活门是一个由电机同轴驱动的双联蝶形阀，两个阀芯连轴安装在冷热两路的管道内并同时朝相反的方向作动，如热路阀朝关闭方向运动时冷路阀则成比例地向开大方向运动。 图3是737-800的温度控制系统基本原理图，气源的引气经过流量控制活门后分成两路，一路称为配平空气，该热路空气经过各支路的配平空气调节活门分别供向对应的各个温控舱区；另一路分别供往温度控制活门、备用温度控制活门和冷却组件。温度控制活门控制该热路气体与冷却组件涡轮冷却器涡轮出口的低温空气混合，从而控制组件出口温度。备用温度控制活门作为温度控制活门失效后的备份，同时也有防止冷凝器结冰的功能。 对比737-700和737-800的温度控制系统可以看出，737-700的温度控制系统设计上更简单，就只有一路冷路和一路热路，一个联动的空气混合活门同时控制了冷热两路的混气比例，从而控制供往舱区的空气温度，这也是因为737-700的温度控制区域就只有驾驶舱和客舱两个独立的区域；而737-800的客舱分成了前后客舱两个区域，因此各温控区域都有单独可调的配平空气支路，与冷却组件的空气进行混合形成适当温度和流量的气体供往各个舱区。客舱区域的进一步划分将一个大温控区域分成了更小的区域，而这种区域温度控制和组件温度控制的结合保证了各个温控区域温度的独立调节，并且进一步提高了温度控制的精度和响应度。 4结语 通过对比737-700和737-800空调系统的差异可以看出，采用高压除水的冷却系统有着更高的除水效率和更好的制冷性能，采用区域/组件温度控制的温度控制系统有着更好的温度控制精度和响应度，它们也是目前大多数民航飞机空调系统采用的技术。熟悉这两种型号飞机空调系统的构型差异，也有助于地面维护人员在进行737NG机队维护时减少出错的可能性。 参考文献 1宋静波.飞机构造基础M.北京：航空工业出版社，xx. 2BoeingCompany.737-600/700/800/900Aircra