现代民航客机座舱环境控制.ppt

第五章现代民航客机座舱环境控制 单位 大专教学部科目 飞机构造主讲 付军 5 1认识客机座舱小环境的实现 一 高空飞行环境特点及对人体的影响1 高空飞行的环境特点1 随着从地球表面向外层空间的延伸 大气的密度和由此产生的压力都逐渐降低 同时温度也随着高度的增加而不断降低 2 空气温度随高度增加而均匀降低 其平均梯度为6 50C km 空气湿度随高度增加而迅速减小 如高度为6km时 水蒸汽含量只有地面的1 10 3 大气压力越接近地面 大气压力越大 2 高空环境对人体生理的影响高空环境对人体生理影响最大的物理参数是大气的压力和温度 5 1认识客机座舱小环境的实现 1 高空缺氧2 低压的危害 造成高空胃肠气胀3 压力变化速度和爆炸减压对人体生理的影响 1 可能会造成肺部及毛细血管破裂出血 2 会出现剧烈的耳痛 耳鸣 晕眩和恶心 严重时导致耳鼓膜破裂 3 爆炸减压严重危及乘员和飞机的安全4 气温度和湿度变化对人体生理的影响5 其他环境参数对人体生理的影响大气中的臭氧 环境噪声 空气清洁度等对人体也有不同程度的影响 2 2020 2 13 二 实现民航客机座舱小环境的基本技术措施 1 气密座舱气密座舱又称增压座舱 是人为制造一个满足飞行需要的座舱小环境2 对气密座舱的基本要求 1 座舱内空气参数应符合人体生理卫生标准和一定舒适程度的要求 2 座舱应具有一定的结构强度 以保证空调系统工作安全可靠 3 座舱应具有一定的气密性 3 民航客机座舱小环境空调系统的技术特点 1 空气调节装置的重量应尽可能轻 2 飞机内空间小 空气调节装置的尺寸尽可能小 3 必须保持满足乘客舒适要求的最大供量 3 2020 2 13 二 实现民航客机座舱小环境的基本技术措施 4 适当增加座舱内空气的湿度 5 气流输入座舱内时 流量有合适 6 飞机在高空飞行时应对座舱进行增压调节 4 供氧装置通常从4km左右开始进行供氧补给 以提高乘员吸入空气的含氧浓度 提高氧气分压三 气密座舱的形式及环境参数1 气密座舱的形式1 大气通风式气密座舱 4 2020 2 13 图5 1 1大气通风式气密座舱的控制原理 5 2020 2 13 二 实现民航客机座舱小环境的基本技术措施 2 气密座舱的环境参数座舱的环境参数主要是指座舱空气的温度和压力及它们的变化速率 另外还包括空气的流量 流速 湿度 清洁度和噪声等 1 座舱温度 舒适的座舱温度为20 22 2 座舱高度 座舱高度是指座舱内空气的绝对压力值所涮标准气压高度 大约在2 44km3 座舱余压 座舱内部空气的绝对压力与外部大气压力之差就是座舱空气的剩余压力 简称余压 62 7kPa 4 座舱高度变化率 单位时间内座舱高度的变化速率称为座舱高度变化率 它反映的是座舱内压力的变化速度 6 2020 2 13 5 2空气循环冷却系统热交换器的清洗 一 气源系统与冲压系统民航客机座舱空气循环冷却系统的任务就是将用于座舱温度和压力的气源 以热交换器的原理通过冲压空气的冷却作用得到一定压力的冷却空气 1 现代大中型民航客机气源系统现代民航飞机的气源主要来自燃气涡轮发动机压气机 APU或地面气源 可用于空调和增压系统供气 机翼前缘及发动机前缘整流罩热防冰 发动机的启动 水箱及液压油箱增压气源 驱动液压泵等 7 2020 2 13 一 气源系统与冲压系统 图5 2 1为典型的飞机气源系统 它主要由三个部分组成 即高 中 压引器控制和调压关断活门 PRSOV 部分 它有两级引气口 即中压引气口和高压引气口分别来自发动机高压压气机的两级 发动机在较高功率工作时 空气从中压引气口引出 此时高压级活门关闭 防止空气从高压级向中压级倒流 当发动机在低功率下工作时 中压引气压力不足 则高压级活门自动打开 由高压引气口供气 1 PRSOV具有限制活门下游压力的作用 2 PRSOV可以限制下游温度 3 RSOV可以提供引气关断功能 8 2020 2 13 图5 2 1典型的飞机气源系统 9 2020 2 13 2 他形式的压力气源1 机械驱动增压器 10 2020 2 13 2 废气驱动涡轮增压器主要是借助活塞式发动机汽缸的排气 热空流过一个涡轮 冲击涡轮使其转动 3 单独的座舱压缩机主要用于燃气涡轮发动机 11 2020 2 13 3 冲压系统作用是 利用飞彩的气流将飞机外部空气引入到飞机内部 来作为热交换器的冷却介质 12 2020 2 13 二 空气循环冷却系统1 热交换器的形式热载热介质性质的不同 热交换器可分为 空气 空气热交换器和空气 液体热交换器 空气式热换器有 顺流式 逆流式和叉流式三种形式 2 空气循环冷却系统的冷却原理1 涡轮风扇式冷却系统 13 2020 2 13 图5 2 11涡轮压气机式冷却系统原理图 2 涡轮压气机式冷却系统原因如下 1 在高空 发动机压气机出口压力较低 为保证座舱增压 压气机式冷却系统可解决这个问题 2 在高速飞行条件下 由于其涡轮膨胀比比涡轮通风式冷却系统大 故其制冷能力大 3 在相同制冷能力下 压气机式冷却系统的供气压力或引气量可以较小 故对飞机代偿损失小 使发动机耗油小 经济性好 4 压气机式冷却系统的涡轮运转平稳 14 2020 2 13 3 涡轮压气机风扇式冷却系统三轮式冷却系统既吸收了涡轮压气机式系统供气小 节省功率的优点 又吸收了轮风扇式系统在地面也有冷却能力的优点 三轮式涡轮冷却器的结构组成 15 2020 2 13 3 座舱湿度控制1 低压除水主要用于中小飞机图5 2 16为一种典型的低压水分离器 这种水分离器的特点 没有运动部件 构造简单 重量轻 正常工作情况下的流阻小 涡轮出口的反压不大 分水效率高 16 2020 2 13 压水分离器一般要采取一定的防冰措施 常用的防冰措施主要有两种形式 图5 2 17所示 17 2020 2 13 2 高压除水原理如图5 2 18低压和高压除水形成水滴的机理是不一样的 特点 引气量减少 没有运动件 凝结网 制冷能力很高 效率高 图5 2 19为高压水分离器的基本工作原理 18 2020 2 13 三 了解蒸发循环冷却系统与设备冷却系统1 蒸发循环冷却系统图5 2 20为一个典型的蒸发循环冷却原理图 2 设备冷却系统设备冷却系统的工作原理如图5 2 21所示 19 2020 2 13 三 热交换器的维护与清洗 采用的清洗方法有清洗液清洗法 蒸汽清洗法 超声波清洗法等 也可同时采用几种方法进行清洗 在清洗热交换器之前 通常先用一定压力的干燥清洁压缩空气将其表面及管道内部的浮尘 污物及昆虫等吹除 然后再采用一定的方法进一步清洗 清洗液清洗法可采用TURC05975A清洗剂 蒸汽清洗法可采用TURG0527Sf或5279ANC清洗剂 也可以采用其他性能相近的清洗剂替代运七飞机采用了如下的空气热交换器清洗程序 1 矫直弯曲的冲压空气肋片 2 用干燥 清洁的压缩空气从冲压空气流通管道弯头处吹拂所有热交换器芯片孔气流方向从冲压空气出口至冲压空气进口 20 2020 2 13 三 热交换器的维护与清洗 3 使用1 浓度 体积含量 的TURC05279A或5279ANC水溶液与蒸汽酶鹈射流从热交换器出口方向至冲压空气进口方向吹拂热交换器 直到溶液均匀透过4器芯片为止 4 停止向蒸汽射流中加清洗剂溶液 继续用湿蒸汽射流吹袭散热器芯户 以洗掉清洗剂溶液 5 在室温下将空气热交换器完全浸没在17 浓度 体积含量 的清洗剂水溶液室温下保持24h 为达到最好效果应不断搅拌水溶液 6 用室温 干净的水冲洗热交换器冲压空气通道及所有空气进出口 直到空交换器出口的水流中无明显清洗剂或其他污物时为止 7 擦干热交换器外表面 反复旋转 晃动热交换器 以便尽可能多地使热交宾内的水分流出 8 清洗后 应进行热交换器的泄漏量和压降试验 i 21 2020 2 13 22 2020 2 13 5 3座舱温度均匀性检查 一 流量控制图5 3 1为典型的流量控制活门 23 2020 2 13 5 3座舱温度均匀性检查 二 温度控制系统作用 控制驾驶舱和客舱的温度 以改变供往座舱的冷热路空气混合比例来实现 实现方法 一种是通过调节流量控制活门 改变冷热路空气的流量比例进行控制 即纯混合比控制 另一种是只对热空气流量控制来实现如图5 3 2所示 座舱温度控制系统的基本组成 24 2020 2 13 5 3座舱温度均匀性检查 1 温度传感器类型 主要有座舱温度传感器 座舱供气管道极限温度传感器和供气管道预感温度传感器 2 电子式座舱温度控制器1 温度电桥2 预感电桥3 极限温度控制电桥3 温度控制活门 用于控制冷 热路空气的混合比例 25 2020 2 13 5 3座舱温度均匀性检查 三 座舱空气的分配与再循环系统1 座舱空气的分配系统作用是将调节好的空调空气输送到各个舱区2 座舱空气的再循环系统主要作用是通过对座舱空气的再循环利用由气滤 再循环风扇 单向活门等组成 26 2020 2 13 三 座舱空气的分配与再循环系统 5 3 6波音777飞机驾驶舱空气出口分布 图5 3 7座舱空气再循环 27 2020 2 13 四 座舱空调系统的非正常工作及常见故障 1 座舱空气调节系统的自动关断1 超温关断2 热交换器冷却空气流量过小关断3 起飞爬升过程中单发停车关断2 空调系统压气机出口空气超温故障 原因 1 级热交换器冷却空气量不足 2 级热交换器冷却空气通道堵塞 3 引气控制失效 4 温控活门或控制器失效 压气机出口超温的常用排除方法如下 1 检查冲压冷却空气通道 2 清洗一级散热器 3 在地面检查地面散热风扇 4 检查引气及温控活门等附件 28 2020 2 13 五 了解货舱加温系统 1 采用气源系统的热路空气对货舱加温图5 3 8为A320前货舱通风加温系统图1 飞机在地面和飞机在空中 且座舱余压不超过6 89kPa 2 飞机在空中 且座舱余压超过6 89kPa 29 2020 2 13 五 了解货舱加温系统 2 采用设备冷却系统排出的热空气对货舱加温5 3 9为波音777前货舱加温系统 它利用设备冷却系统的排气进行加温3 采用货舱内部的空气进行循环加温 30 2020 2 13 五 了解货舱加温系统 31 2020 2 13 五 了解货舱加温系统 32 2020 2 13 5 4座舱增压系统的维护检查 一 现代客机实现座舱增压的基本途径1 有关概念 1 座舱的供气量是指由空调系统供入座舱的空气流量 2 座舱的控制排气量是指可以通过排气活门控制的向机外排出的空气流量 3 座舱漏气量是指由于实际座舱的相对密封性而导致的非排气活门排出的舱内空气泄漏量 2 座舱增压的基本途径一方面 座舱温度控制系统不断地把经过调节的具有一定温度和压力的空气供入座舱 另一方面 座舱内的空气也会受控或不受控地被排出机外 33 2020 2 13 二 座舱正常增压控制主要控制参数有座舱高度 座舱高度变化率及座舱余压 1 座舱高度 是座舱内的绝对压力所对应的距离海平面的高度2 座舱高度变化率 反映的是单位时间内座舱高度的变化情况 即座舱内压力的变化速 3 座舱余压 是指座舱内 外的压力差 即座舱内的压力减去座舱外的大气压力 34 2020 2 13 三 座舱自动增压控制 座舱自动增压控制系统如图5 4 1所示 它由座舱增压控制器控制 1 电子式增压控制器在电子式增压控制器内有三个主电路 即座舱高度控制电路 速率控制电路和压差控制电路 35 2020 2 13 2 典型飞机座舱自动增压控制 图5 4 2为一个典型飞机的座舱压力调节规律曲线1 地面不增压阶段2 地面预增压阶段3 爬升阶段4 巡航阶段5 下降阶段6 着陆预增压阶段7 停机不增压阶段 36 2020 2 13 四 应急增压控制 应急增压控制包括正压释压活门 负压活门和座舱高度警告系统 1 正压释压活门2 负压活门3 座舱高度警告系统是飞机达到一定高度时对驾驶员的一种安全提示 37 2020 2 13 五 气动气控式增压控制系统 1 运七飞机座舱压力规律图5 4 5为运七飞机的座舱压力规律 图中a f线为标准大气压力曲线 曲线abcd则是飞机座舱压力随飞行高度的变化情况 一股分为以下三个阶段 1 自由通风阶段 低空500m以下 2 等压阶段 中空500m 3500m 3 等余压阶段 高空3500m 6000m 38 2020 2 13 五 气动气控式增压控制系统 2 气动式座舱压力调节装置的基本结构组成图5 4 6为气动式座舱压力调节装置的基本结构 包括压力调节盒 控制机构 和气活门 执行机构 两个基本部分 39 2020 2 13 3 气动式座舱压力调节装置工作原理 系统工作时 通过定径孔进入压力调节盒A腔内为座舱空气压力 同时A腔内空气可经活门1或活门2排入大气 这两个活门的开度控制排气量的大小 即控制排力的大小 当飞机起飞及飞行高度变化时 绝对压力调节机构和余压调节机构相继工作 使调节盒A腔内的压力按一定规律变化 从而实现前述acde曲线的变化 1 自由通风阶段 a c段 2 等压阶段 c d段 3 等余压阶段 d e段 4 座舱压力变化率的控制 1 利用控制腔入口定径孔限制压力增长速率 2 利用控制腔出口定径孔限制压力降低速率 3 利用速率控制机构限制压力增长和降低速率 40 2020 2 13 六 增压故障排查及气密性检查前的准备工作 在进行增压座舱气密性检查之前 要保证增压座舱的气密性是符合正常要求的 为此要先进行座舱增压故障排查 1 座舱增压故障排查 1 对座舱进行过与气密铆接有关的补加工工作 2 对飞机座舱玻璃更换三块以上 3 在座舱排故过程中 曾拆装过有可能影响座舱气密性的零组件 2 增压座舱气密性检查前的准备工作 1 拆除高度表 高度差传感器 高空信号器 短波电台的电源 氧气瓶等敏感设 防止损害成品 2 将从仪表上拆下的导管端头及飞机上一些设备的通风导管口或密封接管嘴用堵塞堵住 3 取下动静压传感器上的堵帽 41 2020 2 13 六 增压故障排查及气密性检查前的准备工作 3 增压座舱气密性检查的注意事项 1 检查座舱气密性时要严格注意安全 舱内不得有人 无关人员不得靠近飞机 2 机身蒙皮 玻璃窗和前起落架舱壁板产生凸起 变形及有响声 破裂声 立即停止试验 放出压力 3 如果座舱内有剩余压力时 禁止打开舱门 拆下堵塞和进行排故工 4 充压设备管路上应有应急卸压活门 5 进入座舱的空气要过滤干净 防止油类和水分进入座舱 6 为了保护机身蒙皮接缝处的密封胶 热天宜选在清早或阴天时进行试验检查 环境气温低时 应将座舱空气加热至15 20 以后再进行试验 42 2020 2 13 七 增压舱气密性试验检查 目前 地面检查座舱气密性的常用方法有三种1 漏气补偿法 如图5 4 72 座舱压力降法上述两种方法中 漏气补偿法适用于容积小而漏气量较大的座舱 座舱压力降法适合于容积较大而漏气量较小的情况 对于大中型客机 普遍采用的是压力降法 3 座舱动压试验以波音737 300为例 介绍基本试验步骤 1 选择人工增压方式 2 记录座舱温度 外部环境温度和压力 3 关闭排气活门 4 调节排气活门的位器 以得到适宜的座舱压力变化速率 5 当座舱余压达到27 6kPa 4psi 时 完全关闭排气活门 6 关闭空调组件和APU 43 2020 2 13 七 增压舱气密性试验检查 7 记录座舱压力从27 6kPa 4psi 降低到17 2kPa 2 5psi 过程中各对应时间及座舱余压 表5 4 2 至少记录四组数据 8 根据所测得的时间 余压数据 在 增压座舱泄漏速率检查曲线 图5 4 8 拟合出一条试验曲线 如果所拟合出的试验曲线位于 增压座舱泄漏速率检查曲线 上部 则说明座舱空气的泄漏速率是满足密封性要求的 否则不满足要求 44 2020 2 13 七 增压舱气密性试验检查 在增压座舱的压降过程中 要仔细检查门窗边缘 玻璃 卫生间隔板 地管的接管嘴 机身气密蒙皮对接处 前起落架座舱等部位 同时 还要仔细检查电缆 导管 密封插头和天线的气密接头部位 用涂刷中性肥皂水的方法 或采用探测器指示仪来检查有无明显漏气的部位 即使座舱压力降低的时间符合规定要求 也不允许有用手能感觉到的明显漏气现象 对有明显漏气的地方 应修理排除 应该指出的是 在座舱余压相等的情况下 飞机停放于地面时空气的泄漏在空中飞行时是不相同的 45 2020 2 13 5 5高压氧气瓶的正常维护 一 飞机氧气系统的组成飞机氧气系统由机组氧气系统 乘客氧气系统和手提氧气设备三部分组成 如图5 5 1所示 二 机组氧气系统1 机组氧气系统的组成包括氧瓶 压力传感器 减压调节器 减压活门 关断活门 氧气面罩和调节器 驾驶舱 毒瓶压力表等 46 2020 2 13 5 5高压氧气瓶的正常维护 1 当要拆开氧气系统进行维护时 要先将关断活门关闭 图5 5 3为氧气瓶超压排放口在飞机上的不同位置2 氧气瓶氧气瓶分为高压氧气瓶和低压氧气瓶 现代民航客机大多采用高压氧气瓶 47 2020 2 13 5 5高压氧气瓶的正常维护 氧气瓶头部有压力表 关断活门 减压活门和压力传感器 图5 5 4为高压氧气瓶的组成 3 氧气面罩如图5 5 5所示 主要组成部件包括供氧控制手柄 应急控制旋钮 试验手柄 固定软管充气控制手柄 氧气流动指示器 鼻面罩 调节器 护目镜和通气活门等 4