飞机结构与机械系统课件 座舱增压

M3飞机结构与系统M3.3.6.3座舱增压压力控制系统工作及部件座舱增压安全装置指示与警告座舱增压检查课时：2学时123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件为给飞机提供一个舒适的座舱环境，除了对座舱空气的温度、湿度、流量进行调节外，还必须保证座舱空气的压力符合要求，这对于高空飞行的飞机尤为重要。从满足机上人员的生理需要来说，在任何飞行高度上，座舱压力如能始终保持相当于海平面的大气压力则为最佳；从飞机结构来说，由于高空飞行时座舱内外的压差很大，座舱结构必须十分牢固，因而会大大增加飞机的结构重量，此外，气密座舱一旦在空中损坏，会形成爆炸减压而危及人员的生命安全。因此，必须兼顾这两方面的要求，合理选择座舱压力随飞机飞行高度而变化的规律。123座舱温度控制系统不断把经过调节的具有一定温度和压力的空气供人座舱（驾驶舱和客舱）。座舱的供气量指供入座舱的空气流量，座舱的控制排气量指通过排气阀控制的排气流量，而座舱漏气量指由于密封不严而导致的漏气流量。要保持座舱压力不变，需要维持座舱供气量等于总排气量。要控制座舱压力增加，就需控制座舱供气量高于座舱控制排气量与座舱漏气量之和。所以通过控制供气量和排气量，可以控制座舱压力及其变化规律。M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件123在典型的增压系统里，客舱和驾驶舱等是一个气密的整体舱，它能使舱内压力高于外界的大气压力。增压空气由座舱空气分配系统供入座舱，为座舱加温后，经排气活门排出机外。由于在最大设计高度以下的所有高度上，空调引气系统经座舱空气分配系统将恒定流量的气体送入气密座舱，因此座舱的增压可通过控制座舱的排气实现：希望座舱内压力下降时，排气量应增大，需要座舱内压力升高时，排气量应减小。而根据气体节流原理，排气活门的排气量取决于活门的开度和座舱内外的压差。因此，为控制座舱压力，应根据座舱内外压差的大小，相应控制排气活门的开度。整个飞行过程中，座舱内绝对压力大小取决于排气活门的开启程度，座舱压力变化率取决于活门的开启（或关闭）速率。M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件1.座舱压力制度座舱压力制度是指飞机座舱内压力（即座舱高度）随飞机飞行高度的变化关系，又称为座舱调压规律。座舱压力制度表示座舱压力控制系统处于平衡状态时的静态调节特性。目前民航飞机常用的压力制度有两种：适用于低速飞机的三段式压力制度和现代客机采用的直线式（或近似直线式）压力制度。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件1.座舱压力制度（三段式）三段式座舱压力制度如图所示，飞机从a点爬升到巡航高度b点时，座舱压力随飞机飞行高度成三段变化：a-c段为不增压段，称为自由通风段，座舱内外压力相同，c点对应飞行高度一般为500m；c-d段，座舱压力不随飞行高度变化，保持恒定，称为等压控制段（恒压段），d点对应飞行高度一般为3，500m；d-e段为等余压控制段，它保持座舱内外压差为使用的限制值，直到飞机进入巡航高度（一般为6，000m），e点对应的座舱高度为2，400m（8，000ft）。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件1.座舱压力制度（三段式）三段式座舱压力制度实现简单，但在等余压控制爬升段（即d-e段），飞机座舱压力仅受座舱余压控制，因此飞机座舱高度变化率与飞机爬升率（飞行高度变化率）相等。为了保证座舱高度变化率不超过人体承受的限制值（500ft/min），飞机本身的爬升率不能过高，即每分钟爬升高度不大于500ft。所以三段式座舱压力制度只适合于爬升率低的小型飞机采用，飞机从地面爬升到6，000m（20，000f）左右的巡航高度耗时约40min。实现三段式座舱压力制度可采用气动式压力控制器。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件1.座舱压力制度（直线式）直线式座舱压力制度如图所示，飞机从a点爬升到b点（巡航高度）时，座舱压力随飞机飞行高度的增加成直线（a-c线）关系均匀变化：飞机在未达到巡航高度前，座舱余压缓慢增加，当飞机进入巡航高度时，座舱余压达到座舱余压限制值。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件1.座舱压力制度（直线式）直线式座舱压力制度可以使座舱增压系统在飞机整个爬升过程中控制座舱压力变化率，对于巡航时座舱高度不超过8，000f的飞机，其理论爬升时间为16min。所以，爬升率较大的现代民航飞机多采用直线式座舱压力制度。为实现直线式座舱压力制度，应采用电子式压力控制器。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件座舱压力控制系统一般包括压力控制器和排气活门，其中座舱压力控制器是座舱压力控制系统的关键元件，是实现座舱压力制度的核心控制机构：实现三段式座舱压力制度需采用气动式压力控制器；而直线式座舱压力制度需要电子式压力控制器。排气活门是座舱压力控制系统的执行机构，气动式压力控制系统采用气动排气活门，电子式压力控制系统采用电动马达驱动的排气活门。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（气动式压力控制器）典型的气动式压力控制系统如图所示，系统包括气动式压力控制器和气动排气活门。气动式压力控制器构造如图所示。控制器内有三个膜盒：膜盒A为真空膜盒，作为座舱绝对压力的控制器；膜盒B为开口膜盒，与飞机的静压管相连，控制座舱的余压；膜盒C为带有节流孔的膜盒，可在飞行中控制座舱压力变化率。三个膜盒分别由三个调节旋钮设定控制参数：初始增压控制旋钮设定等压段初始压力，余压调节旋钮设定座舱的余压，而压力变化率旋钮可以控制膜盒C对座舱压力变化的灵敏度。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（气动式压力控制器）排气阀由压力控制器控制，它由控制膜片、负压膜片、弹簧和阀门组成。控制膜片上腔与压力控制器K腔相通，下腔则与座舱空气连通，飞机座舱与K腔之间的压力差决定排气阀打开和关闭。排气阀打开时，座舱空气可排放到座舱之外。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（气动式压力控制器）飞机起飞前，利用三个调节旋钮输入三段式压力制度的预定值：初始增压旋钮输入起始增压高度；余压旋钮输入巡航高度余压限制值；压力变化率旋钮输入座舱压力变化率限制值。此时余压控制阀关闭，等压控制阀有一定开度。空调系统未供气时，排气阀在弹簧力作用下关闭。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（气动式压力控制器）空调供气后，在飞机没有达到起始增压高度之前，等压控制阀在真空膜盒收缩的带动下处于全开位，这样座舱空气通过定径孔进入控制器K腔后可以无阻碍地通过等压控制阀流入大气，所以K腔内不增压，即处于自由通风状态。在这种情况下，由于存在空气流动的阻力，实际的座舱压力（等于K腔压力）比外界大气压力略高。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（气动式压力控制器）如果飞机离地后爬升速率过快，座舱压力下降速率过快，会导致K腔压力迅速下降。由于K腔压力是通过节流孔通到C腔的，因而C腔压力的减小会滞后于K腔压力的减小，此时会使膜片两侧产生压力差，此压力差的大小取决于K腔压力变化的速率。当K腔压力迅速下降时，膜片两侧产生的压力差会作动等压控制阀使其关小，从而使K腔压力升高，排气阀控制腔的压力也升高，将排气阀关小，限制座舱压力的降低，从而限制座舱压力的变化速率。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（气动式压力控制器）随着飞行高度的增加，当到达起始增压高度后，绝对压力调节机构的真空膜盒由于控制器K腔内压力的逐渐降低而慢慢膨胀，使等压控制阀接近关闭，这时K腔压力与起始增压高度上的压力相同。因为空调组件仍在不断地向座舱供气，所以等压控制阀在一定时间内会保留一个小的开度以起节流作用，不过此开度也会随飞行高度的增加而逐渐减小，节流作用逐渐加大，保持座舱压力恒定。在等压阶段，座舱余压逐渐增大，控制器K腔与外界大气之间的压力差也逐渐增大。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（气动式压力控制器）当飞行高度继续升高，在座舱余压达到预定值之后，等压控制阀完全关闭，余压调节机构开始工作。因为开口膜盒（也称压差膜盒）B的内腔通外界大气，外部为控制器K腔的压力，在此压差作用下（高度增加，压差增大），压差膜盒使余压控制阀打开，保持K腔压力与外界大气压力之间的差值不变，使座舱余压保持恒定，直到飞机爬升到巡航高度。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（气动式压力控制器）在上述几种情况下，排气阀的工作都是受控制器控制，控制膜片上腔（控制腔）通控制器的K腔，下腔通座舱压力。由于排气阀的重量和弹簧的弹力都很小，而控制膜片的面积大，所以只要座舱压力稍微超过K腔压力，就可将排气阀打开，使座舱压力排出。由此可见，排气阀机构可以使座舱压力近似地等于控制器K腔的压力。这样当飞行高度变化时，座舱压力就能跟随控制器K腔内的压力按相同的规律变化。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（气动式压力控制器）图所示的气动式座舱压力控制器，将压力速率控制阀和等压控制阀合二为一，同时将控制压力增长速率与控制压力降低速率的机构统一起来。其绝对压力调节机构也可以控制座舱压力变化速率。当座舱压力迅速增加时，由于C腔压力变化滞后于K腔压力变化，使K腔压力高于C腔压力，作用于膜片上侧的压力高于膜片下侧的压力，此压力差可作动等压阀开大，K腔压力下降，从而限制K腔压力的增长速率，同时也限制了座舱压力的增长速率。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（气动式压力控制器）当座舱压力迅速减小时，由于C腔压力变化滞后于K腔压力变化，使膜片上侧的压力低于膜片下侧的压力，此压力差可作动等压阀关小，使K腔压力增大，从而限制K腔压力的减小速率，同时也限制了座舱压力的减小速率。但是当飞行处于等余压阶段时，它不能限制座舱压力的降低速率，因为在等余压阶段，等压控制阀已经完全关闭，不能通过减小等压阀开度的方法限制控制器K腔压力的降低速率。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（电子式压力控制系统）正常压力控制系统采用电子式压力控制器作为控制部件，它由增压程序发生器、压力变化率限制器和最大余压限制器组成。压力控制器能根据起飞前输人的本次飞行巡航高度、着陆机场的高度以及座舱内压力及外界环境压力等参数，在飞行电门、起落架“空/地”电门的控制下，为系统提供自动和非自动增压程序；系统的执行部分是由电动马达驱动的排气活门，它接收压力控制器的控制指令，以实现座舱压力制度。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（排气活门）现代飞机一般有1-2个排气活门，对于双排气活门飞机，包括前、后排气活门。后排气活门由两个马达驱动：一个是交流马达，另一个是直流马达。系统工作在自动模式与人工交流模式时，交流马达驱动排气活门，而在备用模式及人工直流模式时，直流马达驱动排气活门。当任一马达工作时，另一马达的离合器与排气活门脱开。前排气活门一般由一个马达驱动，辅助后排气活门工作，它接收后排气活门的控制信号：当后排气活门距全关位0.50时，前排气活门关闭；当后排气活门从关位打开到大于40~50时，前排气活门打开。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（电子式压力控制系统）123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（电子式压力控制系统）123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（电子式压力控制系统）①飞机座舱在地面需要预增压在飞机起飞滑跑段，座舱高度低于跑道高度（一般为189t，压差为0.1psi），这种在起飞前（还包括着陆后）使座舱压力比机场场压还高的增压方式叫做座舱预增压。主要目的是为了防止飞机姿态突然改变时引起座舱压力波动。因为飞机姿态改变时，如飞机起飞由滑跑拉起时，排气活门出口反压也会突然变化，如果排气活门的开度很大，会导致座舱压力波动；当预增压后，排气活门开度减小，在起飞抬起前轮时刻，冲压气流不会对座舱压力产生影响。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（电子式压力控制系统）②在进入巡航高度时，存在提前转换飞机爬升到巡航高度前，当外界大气压力比预定巡航高度对应的大气压力高0.25psi（即座舱余压值比正常余压值低0.25psi）时，座舱增压系统提前进入等压控制段，之后飞机继续爬升到预定巡航高度。设置0.25psi转换压力的目的，是防止当飞机在巡航中因颠簸而掉高度时引起座舱增压控制系统的频繁切换，进而引起座舱内压力的波动。在高空，0.25psi的压差，对应高度差约为450m，这意味着飞机巡航时只要瞬时下降高度不超过450m，座舱内压力均保持稳定。当座舱的余压值再次出现比预定值低0.25psi时，飞机增压控制才转入下降程序。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（电子式压力控制系统）③巡航中，需限制座舱的最大余压在飞机巡航飞行中，座舱余压保持为正常余压。飞机跃升高度时，座舱余压会相应增大，当余压达到最大余压时，座舱高度随着飞行高度的增加而上升。123M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.1压力控制系统工作及部件2.主要部件（电子式压力控制系统）④爬升和下降时，座舱高度变化率需严格控制飞机爬升时，座舱高度变化率受座舱高度变化率限制器控制，使座舱高度变化率不超过500f/min。飞机下降时，座舱高度变化率受座舱高度变化率限制器控制，使座舱高度变化率不超过350f/min。同时将着陆接地点的座舱高度目标值设置为比着陆机场高度低300ft，防止着陆瞬间的冲击以及起落架减震支柱压缩、伸张行程引起的座舱压力波动。123当压差增大时，飞机结构承担的应力也随之增大。为了防止结构损坏，飞机必须带有座舱压力保护装置，包括正释压活门、负释压活门和压力均衡活门等。正释压活门可以安装在后承压隔框区域，也可以位于后部机身。当压差超过最大允许值时（飞机类型不同，允许的最大值也不同，但一般都在58.6kPa（8.5psi）以上），活门克服弹簧打开。当压差低于这个值后，活门可以再回到关闭状态。负压差意味着座舱内的压力低于环境压力，负释压活门可以防止这种情况发生。当环境压力高于机舱压力时，活门打开。在某些没有单独负释压活门的飞机上，一般也会有安全活门完成此功能。M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.2座舱增压安全装置123在飞机内部不同的增压区域之间也可能出现压差。例如在密封的货舱和地板之间，为了防止壁板损坏，在这些舱内装有均衡活门。这些活门是弹簧加载的挡板活门，当出现一个小的压差时，均衡活门将打开。当压力快速变化（例如出现爆炸减压）时，较小的均衡活门无法完成均压功能，因此，整个面板被吹出它们的框架以均衡压力。M3.3.6.3座舱增压M3.3.6.3.2座舱增压安全装置123在驾驶舱可以监控增压系统的相关参数，图示为某型飞机增压系统