飞机结构与机械系统 空调系统概述

M3飞机结构与系统M3.3.6.1空调系统概述系统功用系统组成课时：1学时123飞机座舱空调系统的基本任务是在各种不同的飞行状态和外界条件下，使飞机的驾驶舱、旅客舱、设备舱及货舱具有良好的环境参数，以保证驾驶员和乘客的正常工作条件和生活环境、设备的正常工作及货物的安全。飞机座舱环境参数主要是指座舱空气的温度、压力和压力变化率，其他还包括空气的流速、湿度、清洁度和噪音等。为保证座舱内部条件良好，应使这些参数维持在规定范围之内，因而必须采取相应的技术措施，需要各种机械和自动控制装置以及安全保护指示设备。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用123随航空技术的发展和民用飞机的现代化、大型化，飞机座舱空调系统的作用和地位日趋重要，其设备日益完善，性能更为先进。一个良好的座舱环境不仅关系到机上人员的工作条件和生命安全，舒适的座舱环境还可以提高飞机的客座率。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用123大气物理特性主要是指大气的压力和温度随高度的变化规律，还有湿度等参数的变化。民航客机，包括涡轮螺旋桨飞机和涡轮喷气飞机，其巡航高度为6000~12，000m（约2000040000ft），所以大气参数的变化，对空中人员的人体生理和机上设备的正常工作都有很大影响，也是进行座舱环境控制的基本依据。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用1.大气物理特性123空气有重量，所以产生压力，空气在单位面积上所形成的压力（作用力）称为大气压力。由于地球引力的作用，使空气的分布很不均匀，越接近地球表面空气密度越大，所以大气压力也越大；随着高度增加，大气压力下降。图所示为大气压力随高度增加近似于按指数规律下降的基本规律。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用1.大气物理特性123由于太阳辐射使地表面温度升高，地表受热后，通过传导和红外辐射向邻近空气提供热量，而其中的红外辐射大部分被大气底层的二氧化碳和水蒸气所吸收。接近地表的空气被加热后，导致其体积膨胀，密度下降而向上升，导致空气发生强烈的水平和垂直运动，这是构成对流层的主要特征。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用1.大气物理特性123在对流层中，底层气团受热上升，由高压向低压膨胀降温，所以从地面开始，大气温度随高度的升高而逐渐降低。高度每增加1，000m，气温平均下降6.5℃，即气温随高度的平均递减率（温度梯度）为-6.5℃/km。到达平流层后，大气温度基本不随高度变化（保持在-56.5℃），所以平流层又称同温层。民航客机一般在对流层到平流层底部飞行。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用1.大气物理特性123标准大气：国际航空界根据对北纬40~500区域的地球大气多年观测的结果，加以模型化，给出的一种假想的大气模型。国际性组织颁布的称为国际标准大气，国家颁布的称为国家标准大气。标准大气是作为校准飞机航行仪表和比较飞机性能的依据。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用1.大气物理特性123大气压力随高度增加而降低，它给飞行带来的主要困难是缺氧和低压。此外，压力变化率太大也会给人的生理造成严重危害。氧气是维持人体生命不可缺少的成分。人体吸入的氧气量与空气中氧气分压的大小有关。随着飞行高度的增加，大气压力下降，在大气中氧分压和肺泡空气中的氧分压也会相应降低，血液中的氧气饱和度就减少，机体组织细胞得不到正常的氧气供应，这样在一定条件下会导致人体缺氧。这种由于吸入空气中氧分压降低而引起的缺氧称为高空缺氧（症）。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用2.高空环境对人体的影响123大约从3km高度开始，动脉血氧饱和度维持在90%以下，属于不显性缺氧范围；代偿区是从3~5km这一高度上，人体对氧分压的变化是通过加强呼吸和血液循环来补偿氧气不足的，因而称为完全代偿区；障碍高度是在5km以上，有少数人会发生代偿障碍，6km以上高度属于严重缺氧高度，血氧饱和度只能维持在77%以下，会发生生理代偿功能的严重障碍；危险高度从7km开始，人体的代偿性活动已不是以保证大脑皮层对氧的最低需要量，这时动脉血氧饱和度降到60%左右，人大脑会迅速出现意识丧失，产生突然虚脱的现象。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用2.高空环境对人体的影响123除了高空缺氧以外，低气压本身对人体也有危害。随着大气压力的降低，人体会出现高空减压症。高空减压症发生的高度，对个别人可能在5.5km的高度上发生，多数病例是在8km左右的高度发生。高空减压症分为高空胃肠气胀、高空栓塞和皮肤组织气肿。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用2.高空环境对人体的影响123正常情况下，人体内外压力相等而处于平衡状态。当外界压力快速降低时，内外压力来不及平衡而在瞬间产生很大的压力差，严重时可能造成肺部破裂出血等损伤。在飞机迅速上升或下降时，若对应的压力减小或增大变化的速率超出一定范围时，常引起的病症是航空性中耳炎和牙痛，其中中耳炎发病率最高。当外界压力变化速率过大，尤其是飞机下降使压力增加过快时，会出现剧烈的耳痛、耳鸣、晕眩和恶心，严重时可导致耳鼓膜破裂。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用2.高空环境对人体的影响123压力变化过速最为严重的情况是爆炸减压。所谓爆炸减压，是指飞机的增压座舱在高空突然失去气密的一种事故。爆炸减压后，座舱敞开，高空缺氧、低压和低温会同时袭来，严重危及人员和飞机的安全。爆炸减压危害的程度与座舱内外压差和飞机破损面积有关，当座舱内外压差越大、气密舱破口越大时，则减压速度越大，造成的危害也就越严重。对于客机，发生爆炸减压事故后应考虑的安全措施，一是应迅速将飞机下降到安全高度；二是应尽快使用氧气设备。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用2.高空环境对人体的影响123由于高空存在缺氧、低压和低温等不利情况，为保证在高空的人员的安全和舒适，须采取一定的技术措施。（1）供氧装置（2）气密座舱3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用3.克服高空环境的措施123座舱压力也可以用座舱高度表示。座舱高度是指座舱内空气的绝对压力值所对应的标准气压高度。一般要求飞机在最大设计巡航高度上，必须能保持大约2，400m（8，000t）的座舱高度。这样，在气密舱内可以不必使用氧气设备飞行。现代一些大中型飞机上，当座舱高度达到10，000ft（相当于3，050m）时，通常设有座舱高度警告信号，向机组成员发出警告，它表示座舱压力不能再低，此时必须采取措施增大座舱压力。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用4.气密座舱环境参数123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。正常情况下，余压值为正，但在某些特殊情况下，也可能会出现负余压。飞机所能承受的最大余压值取决于其座舱的结构强度，飞行中飞机所承受的余压值与飞行高度有关。随着客机使用升限的提高和对舒适性要求的提高，客机的余压值有增大的趋势。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用4.气密座舱环境参数123单位时间内座舱高度的变化速率称为飞机的座舱高度变化率，它反映的是座舱压力的变化速度。飞机在爬升或下降过程中，由于飞行高度的变化，会导致座舱高度产生变化。飞机升降速度较大，即外界压力变化速率较大时，舱内压力变化的幅度应当较小，并具有比较缓和的变化率。现代大中型民航客机通常限制座舱高度爬升率不超过500f/min，座舱高度下降率不超过350ft/min.3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用4.气密座舱环境参数123空调系统调节后的空气必须满足以下五条物理特性:1）新鲜；2）清洁；3）舒适的温度；4）合适的湿度；5）合适的压力。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用3.3.6.1空调系统概述12民航法规规定，平均每人每分钟可接受的新鲜空气供应量为大约每分钟0.25公斤。因此，依据此规定，必须根据飞机上的人数，在每3到5分钟更换一次整个机舱内的全部空气。这意味着，在一架客舱容量接近800立方米、500个乘客座位的大型客机上，1分钟内至少需要更换160立方米的空气。1）新鲜3.3.6.1.1空调系统的主要功用1232）清洁空气必须是清洁的，不能含有任何有害气体。空调系统安装有空气过滤器用于保持空气清洁，并内置有臭氧转换器，用于在高飞行高度时滤除臭氧。空气温度必须在一个舒适的范围内。大多数飞机的温度调节范围在18-30℃之间。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用1233）舒适的湿度飞机空调系统也需要对机舱内的空气湿度进行调节。湿度与空气温度关系密切，温暖的空气比寒冷的空气能容纳更多的水。当飞机接近地面时，外界空气的湿度大，温度也较高，空调需将温度调低就会产生水滴，为了防止部件和活门结冰，也为了防止座舱内产生雾和水滴，需要将这些水与空气分离。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用1234）舒适的温度根据航空医学要求，最舒适的座舱温度为20-22℃，正常保持在15-26℃的舒适区范围内。另外，座舱内温度场应均匀，各方向上座舱温度差值一般不得超过+3℃。座舱地板和内壁温度基本上应保持与舱内温度一致，内壁的温度应高于露点，使其不致蒙上水汽。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用1235）合适的压力增压系统需要在乘客舒适度和飞机结构设计之间达到一个平衡。让乘客舒适的最佳条件是将座舱增压到与地面状况相似的值，这就要求飞机结构承担非常大的内外压差。对于飞机结构，最佳的状态是完全无增压，即内外压力一致，这对乘客来说显然是不可能的。3.3.6.1空调系统概述3.3.6.1.1空调系统的主要功用123

空调系统为整个客舱、驾驶舱、货舱以及电子设备舱提供增压。部分机身区域使用压力气密框隔开，无需空调系统提供增压