【《飞机空调系统主要组成及功能分析》6700字】

飞机空调系统主要组成及功能分析1.1综述空调系统主要由四个部分组成：区域温度控制，增压，电子设备的通风，后行李厢的通风和加热。其冷却组件主要包括：一级和二级热交换器，空气循环器，冷凝器，集水器，再热器和冲压空气系统组件。控制阀组件主要包括：装饰热风压力调节阀，防冰阀，旁路阀，流量控制阀和三个装饰风门，分别对应飞机的三个机舱：驾驶舱，前排乘客舱和后排乘客舱。区域控制器和两个组件控制器组成控制系统组件。主要温度传感器是：压缩机引气过热，压缩机出口温度，压缩机过热，组件入口压力，流速，组件出口温度，引气温度，组件温度，三个机舱温度，管道过热，管道温度和混合传感器歧管温度。区域控制器根据温度选择开关的输入与每个座舱温度传感器感测到的实际值之间的比较，来调节座舱和座舱温度。通过调整每个组件的位置并调整组件的出口温度来完成此操作。组件出口温度由两个组件控制器根据区域控制器的要求以及组件上各种传感器的输入值之间的比较来调节，方法是调节冲压进气阀的位置和流量控制阀和旁通阀。位置完成。该机有两种显示方式：一种是显示故障状态和有故障的部件；另一种是显示故障状态。另一个是显示系统状态。在电子集中式飞机监控器的引气页面上，显示制冷组件的各种参数，包括：组件出口温度，冲压进气阀位置，组件旁通阀位置，组件压缩机出口温度，组件流速和组件控制阀门位置;在空调页面上，显示的空调区域的参数包括：区域温度，区域管道温度，区域内饰空气阀位置，热空气压力调节阀，区域温度控制器故障指示，机舱风扇故障指示等。除下部中部相应页面上的故障指示外，故障部件的上部和下部均给出警告消息。同时，可以在多功能控制显示组件的集中式故障显示系统中找到故障信息，并可以找到并打印故障排除所需的章节和其他内容。该显示组件通常称为引擎警告显示组件，以下通常称为。系统显示组件的上部显示诸如主机参数，燃油量，襟翼和板条状态之类的信息，下部是提醒区域。此外，它还为系统测试提供了独立的测试功能。1.2热交换器飞机空调系统的热交换器按其功能可分为四类：蓄热器，主热交换器，主热交换器和冷凝式再热器。换热器材料为硬度较高的普通金属铝和铝合金。传热方法为板翅式。冷凝式再热器的主要功能是去除空气中的大部分水分，降低湿度，并防止腐蚀和溃疡。图1功能：来自飞机供气系统的空气通过一级和二级热交换器转化为工作气体，为客舱提供所需的压力和温度。运行机制：1.在飞机空调系统启动之前，发动机或辅助动力装置产生的引气进入主热交换器，旁通阀打开，引入的空气通过旁通阀进入空气循环机，并且然后驱动空气循环机，使空气循环机中的涡轮运转。然后，涡轮驱动风扇和压缩机叶片旋转。由涡轮机驱动的风扇加快了引气在机舱外部的流动，并在热交换后将热空气排出机舱。1.空气循环机启动后，关闭旁通阀。发动机或辅助动力装置产生的引气进入主热交换器，然后进入压缩机叶片。压缩空气产生高温高压气体，该气体进入二级热交换器进行热交换。之后温度下降。当飞机在地面上时，两级热交换器由风扇叶片产生的冲压空气进行空气冷却。飞机起飞后，用冲压空气执行器代替风冷电源，风扇产生的风量通过阀门被引入涡轮，以驱动ACM。3.由二次热交换器冷却的气体进入再生器，与冷凝式再热器和水分离器的冷空气进行热交换，然后进一步冷却。冷却后的气体进入冷凝再热器，并连接到涡轮机出口。混合低温气体，并进一步冷却引气。由于冷凝式再热器中的温度低于露点，因此将对水进行分析，并通过水分离器分离出气体和水。由水分离器分离的水进入冲头入口，与风扇吸入的冲头空气混合，并与两级热交换器进行热交换。4.引气经分水器干燥后，进入再生器，并在冷凝热交换器入口处与引气进行热交换。此时，随着热交换后温度的升高，可以去除水分离器出口处的空气中的残留水分。蒸发并再次干燥。5.通过再生器的干燥高压气体进入涡轮，驱动整个ACM旋转，将势能转换为动能，并在涡轮出口膨胀。势能降低，气体温度降低，最终产生了空调所需的冷空气。1.3空气循环机空气循环机（ACM）是空调系统的核心组件，主要由压缩机，涡轮机和风扇组成。来自发动机的高温高压引气经过两级换热器中的一次换热器，经过初步冷却后进入空气循环机的压缩机，从而对气流进行加压和加热，然后然后通过二级热交换器中的二次热。交换器在再次冷却后进入涡轮机，从而降低压力和温度以满足飞机空调的要求，并且压缩机和风扇同时运转。为了提高波音737NG飞机空调系统的可靠性，以下分析了空气循环机的原理及其常见故障，为线路维护和配件维修提供指导。空气循环机的工作原理：空气循环机的动力是高温高压的发动机/APU引气，空气经过压缩机后由涡轮膨胀冷却。释放的部分机械能驱动压缩机进一步对引气加压以提高系统效率，另一部分驱动风扇。如图1所示：风扇端连接到热交换器的冷回路。在地面上工作时，空气循环机的风扇用作动力源，将空气从机器外部吸入热交换器的冷回路中，冷却热空气，穿过风扇叶轮，然后直接排出到机器外部的气氛。在飞行过程中，冲压空气自动通过热交换器，并且第一级整流器腔体中的风扇旁通单向阀被打开。大部分冲压空气直接排出，从而减轻了风扇的负荷。第一级热交换器分别冷却进入涡轮的引气和高压空气，最后在冷却涡轮中膨胀和冷却，以驱动压缩机工作。冷空气的温度和压力在涡轮机的出口处大大降低，然后以一定比例与热空气混合，然后进入机舱。空气循环机的正常运行对空调系统的冷却效果有非常重要的影响。空气循环机的常见故障分析：空气循环机的故障是多种多样的，例如气动系统的原因，异物损坏的原因或组件本身的内部组件等。以下是分析各种常见故障。风扇故障：风扇作为空气循环机的负载组件，消耗了涡轮机功率的负载，同时又从空调组件的热交换器的冷回路中抽出空气。风扇，涡轮和压力叶轮在同一轴上工作。风扇导致的空气循环机故障率高达60％。在空气循环机的操作过程中，转子组件的正常工作速度为53,700rpm，这是高速旋转运动。因此，转子组件对环境具有更高的要求。轻微的异物碰撞将改变转子的平衡力系统，从而改变转子的平衡力系统。动态平衡会导致转子跳动，从而引起偏航或轴向运动。反过来，空气轴承上的压力也会增加，从而导致局部磨损。同时，磨损导致热量积聚在局部区域，并且积聚的热量将烧毁空气轴承和风扇轴的接触面。随着磨损和燃烧的加剧，转子最终将失去平衡并大幅跳动，从而导致风扇叶轮的叶片与风扇导风罩强烈碰撞，从而导致空气循环机故障。在系统运行中，空气循环机冷通道中最常见的异物是被风蚀的热交换器冷通道叶片或环氧树脂胶等，它们被空气直接吸入空气循环机中。高速旋转风扇。颗粒较小的异物会导致叶片锈蚀，而颗粒较大的异物会导致空气循环机突然故障。如果空气循环机的转子受到大量异物的撞击，转子的动平衡力系统将发生变化。该影响等效于在风扇叶轮端施加矢量力，该矢量力可分解为径向力和轴向力。根据杠杆原理，以风扇轴承腔为支撑点，风扇端的额外径向力使转子绕支撑点偏转，从而使推力轴与空气轴承之间的接触压力突然增加，加剧磨损。产生局部热量积聚，烧毁推力轴的表面；另一个额外的轴向力会导致转子产生轴向运动，这会导致涡轮机和喷嘴组件之间的间隙变小，从而导致刮擦。另外，该空气循环机在长期运行期间容易受到空气侵蚀，从而导致叶片的尖端磨损。根据波音737NG的AMM21-51-04尺寸检查要求，边缘部分的长度不应短于0.38in。如果在现场检查中发现空气循环器叶片的锋利边缘磨损超出标准，则必须尽快更换空气循环器，以免造成严重损坏。喷嘴组件的磨损：喷嘴组件由喷嘴环和喷嘴座组成。喷嘴环安装在喷嘴底座上，以形成完整的喷嘴组件。喷嘴组件和涡轮一起工作以产生膨胀比，从而使空气迅速冷却。由于喷嘴组件的独特设计，喷嘴孔细小，喷嘴孔之间的距离小，并且喷嘴受高速，高压和高温气体的流动的影响（入口气体不过滤后，很容易包含沙子和灰尘等），很容易受到风蚀，如图3所示。随着安装时间的增加，风蚀进一步加剧，导致锋利的边缘脱落，碎屑进入空气循环机内部，导致气动轴承磨损或卡住，最终导致空气循环机卡住或整体性能下降。表1列出了2017年某航空公司送修的空气循环机的统计数据，以及上次维护报告（其中有6架在上次维护中更换了喷嘴组件，而16架没有更换喷嘴组件），进行了比较分析发现最后一次维护已被更换喷嘴组件的可靠性明显优于未更换的组件，并且平均使用寿命增加了7000多个飞行小时。由喷嘴组件引起的空气循环机的故障主要表现为冷却系统的高温。结合维护数据，可以知道空气循环机的故障率为30％。空气轴承故障：空气循环机中的空气轴承分为推力轴承和径向轴承。止推轴承负责旋转组件的止推轴的轴向位移，而径向轴承负责支撑旋转轴（包括止推轴和风扇轴）在径向方向上的旋转。在启动空气循环机之前，旋转轴和轴承之间存在物理接触。当启动空气循环机时，轴和轴承彼此相对移动以产生气压。在达到一定速度后，轴承板的楔形展开结构会产生气膜，从而使轴悬吊。与球轴承不同，空气轴承没有物理接触点，因此不需要润滑油，并且转速高，因此可以显着提高系统的效率。尽管空气轴承的可靠性很高，但是由于空气循环机的内部空气质量不好（由风蚀引起的碎屑）或由于启动而引起的工作面点蚀的增加，这将导致从点到线到表面的磨损。这也将导致空气轴承逐渐磨损并最终失效。1.4流量控制活门流量控制阀（以下简称FCV）主要由蝶阀，气动执行器，电动调节器，减压器，转矩马达，电磁阀和下游压力调节器组成。FCV为空调系统提供恒定的气流，并限制气流，并在必要或异常时可以完全切断气流。工作原理：空气流关闭：电磁阀通电以释放气动运动腔中的压力，因此阀盘关闭。空气流量调节：空调部件控制器（PC）根据通过文丘里管的计算流量来控制FCV。电气调节由压力调节器和扭矩电动机完成。圆盘的角度取决于流过转矩电动机的电流。压力调节器：压力调节器通过节流孔G1保持恒定的上游压力。压力取决于阀芯相对于阀座的位置。上游压力通过节流孔G2进入调压器隔膜下方，隔膜在该压力的作用下移动。上游压力在通过孔G1后进入操作室。流量调节：PC通过差压传感器检测上游压力（P1）和文丘里喉管压力（P2）之间的压差，并根据该压差控制流经扭矩电机的电流。当转矩电机未通电时，止动块会堵塞排气孔，并且在操作室中感受到的压力就是上游压力。当电流流过转矩电动机时，转子的旋转会改变挡块和排气孔之间的角度位置，从而使节流孔G1下游的泄漏量可变。因此，致动室内的压力随泄漏的变化而变化，从而改变蝶形的位置并完成流量调节。下游压力限制：当下游压力超过预设值时，提升下游压力调节器的阀板以释放气动室中的压力，从而关闭阀盘。过热保护：当压缩机出口温度过热时，气动执行器将通过气动过热检测器（CPNOH）释放FCU执行器腔体中的压力，并且阀门将关闭。1.5区域温度控制计算机（ZoneTemperatureController）区域温度控制计算机是用于座舱和客舱温度控制系统的计算机，并且是用于座舱温度控制的命令中心。它从驾驶舱或管道中的空气温度传感器接收信号，并将其传输到区域温度控制计算机，以使用算法来计算必要的需求信号，以达到驾驶舱和乘客舱的设定温度。它向包装控制器发送一个需求信号。区域温度控制计算机具有两个相同的数字微处理器控制系统，一个正常工作，另一个在“热备份”模式下工作。这两个通道独立运行，而不会损失性能。在正常操作中，一个通道处于主动控制状态，而另一个通道处于热备份模式。如果活动控制通道发生故障，则区域控制计算机将操作另一个热备份通道作为活动控制通道。1.6压力控制系统1.4.1概述在一个典型的增压系统舱室和座舱是一个气密单调，允许舱室压力高于外部大气压力。增压空气由座舱空气分配系统送入座舱，座舱加热后，通过排气阀排出发动机。因为在所有高度低于最大设计高度空调进气系统通过座舱空气分布系统将是一个恒流的气体进入驾驶舱密封垫的座舱增压法可以通过控制驾驶舱排气法和排气时的需要减少舱压增加;如果需要增加舱室压力应减少排水量。根据气体节流的原理排气阀的排气量取决于阀门开度和驾驶舱内外的压差。因此，为了控制客舱压板，应根据客舱内外压差的大小来控制排气阀的开度。在飞行过程中绝对客舱压力取决于排气阀打开的程度。舱室压力的变化率取决于阀门打开(或关闭)的速率。舱室压力控制器(CPC)自动控制排气阀，使舱室保持在一个合适的压力值。如果自动系统故障CPCS可以由手动系统控制。在客舱后压力舱安装两个安全阀，防止客舱压力过高或过低。正常压力控制系统采用电子压力控制器作为控制部件它由升压程序发生器、压力变化率限制器和最大剩余压力限制器组成。压力控制器可以输入飞机起飞前的巡航高度、着陆机场的高度、座舱内压力和外部环境压力等参数在飞行开关和起落架地面开关的控制下为系统提供白动作和非自动增压程序;该系统的执行部分是由电机驱动的排气阀，电机接收来自压力控制器的控制杆，以实现座舱压力状态。现代飞机一般有一个或两个排气阀为一个双排气阀飞机，包括前、后两个排气阀。排气阀由两个电机驱动:一个是交流电机另一个是直流电机。系统运行于自动模式和手动交流模式交流电机驱动排气阀，直流电机驱动排气阀待机模式和手动直流模式。当任何一台电机工作时，另一台电机的离合器与排气阀脱离。操作过程后排气阀接收白压力控制器的控制信号。表盘始终处于调节状态，以调节座舱内的气压。当飞机巡航时，气门开度很小，因此能够满足发动机经济性的要求。压力计划在特定的速率限制内工作，以确保飞行各个阶段的乘客舒适性和安全性。滑行段机舱高度低于跑道高度（通常为189英尺，压差为0.1psi）。这种起飞（包括着陆）之前的机舱压力高于称为机舱预加压的机场现场压力加压方式。主要目的是防止由于飞机姿态的突然改变而引起的驾驶舱压力波动。当外部大气压力比对应于预定巡航高度的大气压力高0.25psi（即机舱残余压力值比正常残余压力值低0.25psi）时，飞机爬升到巡航高度之前，座舱增压系统提前进入等压控制区，飞机继续爬升至预定的巡航高度。0.25psi转换压力的目的是防止飞机在巡航过程中由于颠簸lose而导致机舱压力波动而失去高度时，防止驾驶舱增压控制系统频繁变化。当驾驶舱的残余压力值再次出现比预定值more高0.25psi时，飞机的增压控制将转移到下降程序中。在巡航飞行过程中，座舱残余压力保持正常。当飞机跳到高空时，皮下驾驶舱的残余压力将增加。当皮下压力达到最大残余压力时，皮下舱室高度将随着飞行高度的增加而增加。在飞机爬升过程中座舱高度变化率由座舱高度变化率限制器控制，以使座舱高度变化率小于500ft/min。当飞机下降座舱高度变化率由座舱高度变化率限制器控制，以使座舱高度变化率不超过340ft/min。同时，将着陆点的座舱高度的目标值设定为比着陆机场高度低300ft，以防止着陆时的冲击以及由于飞机的压缩和伸展行程而引起的压力波动。1.4.2客舱压力控制器(CPC)机舱压力控制器安装在主设备机架90VU的机架95VU和96VU上。它具有以下功能：自动驾驶室压力控制，用于手动控制的备用指示，报警功能，自动监视和故障指示。CPC中的机舱压力传感器为振动缸型。原理是，在恒定的环境条件下，物