第6章 加温系统

通风空 气喷嘴
座舱内 放气孔
座舱内壁
集气环
带有绝热-隔音 层的座舱外壁
主空气管路
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图 6.4 热气式壁板加温
热气式壁板加温供气的优点：
1. 提高了座舱内空气温度场的均匀性
2. 热气加温使舱壁温度得到了提高，降低了舱内壁面与舱内空气之间的温度 差，消除了由此带来的热辐射的影响，能够使舱壁温度与人体温度十分接 近，满足了技术条件所规定的设计要求，因此被大部分结构复杂，空间较 大的客机采用。
缺点
1. 如何保证整个玻璃表面温度均匀，以避免因温度梯度造成玻璃 损坏。 必须 考虑的 2. 如何控制用于玻璃加温的热气温度不超过80~85°C，以保证 玻璃粘性不变。 问题
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图 6.6 直接式绝对压力调节器
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6.3.2 电加温
工作原理：将电阻丝网格安装在玻璃夹层内，或在玻璃表面镀上一层透
优点
质量轻，可靠性高，对飞机电气系统的 利用效率高。 提供0.6W/cm2的功率，防冰； 提供0.2W/cm2的功率，防雾。
玻璃的透明度不太好，电阻丝格易引起 光学上的绕射现象，电阻丝分布不均易 引起玻璃内应力，且制造复杂。
使用安全、有效，能见度 好。应用广泛。
缺点
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图 6.7 三合安全玻璃示意图
航空保障技术与工程
课程安排：12-19 周 学 讲 时 师 ：32 ：刘磊
第六章
加温系统
飞机的为什么需要加温？哪些情况需要加温？
飞机低速飞行，需要大量热量来补充座舱的热损失； 飞机高速巡航或寒冷条件地面停机，需要对座舱快速加温； 飞行高度较高，座舱玻璃内表面温度低于舱内环境温度的露点温度，舱 内玻璃会结霜结雾，影响飞行员视线，需要加温座舱玻璃； 飞机飞行时，飞机机翼、发动机进气道、各种暴露在机体外的传感器等 都有可能结冰，需要加温除冰等。 本章研究对象：飞机座舱和座舱玻璃的加温
加温。
优点：系统简单可靠，引气所具有的温度和热焓都能够满足座舱加温的的需要。 工作原理：将飞机空调系统做一体设计，来自气源的高温、高压气体在初级热交
换器前后分出一路作为飞机空气调节系统中的热路，直接供应至混合室，与经过冷 却涡轮和次级热交换器冷却后的冷路空气按一定的要求混合，对座舱进行加温。
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6.3 座舱玻璃的加温和防雾
为什么玻璃要加温？
当座舱玻璃内表面温度低于舱内环境空气露点温度时，舱内空气的水分 就会在玻璃内表面上结雾或结霜，当玻璃内表面温度低于0°C时，表面 还会结冰，严重影响飞行员的视线。 加温方法有哪些？ 1. 热气加温 2. 电加温
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(a)加温壁板结构
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(b)电阻丝安装位置轴测图 图 6.5 热气式壁板加温
(c)电阻丝安装位置展向图
3. 座舱壁板的保温
实现方式：
1. 将飞机设计成夹壁形式，用座舱排气对座舱内壁进行加温，使其温度 与座舱空气温度保持接近； 2. 采用新型保温材料，如纸皱折板，安装在隔框及飞机蒙皮内，同时有 降噪的作用，前景广大。
因此，对于较厚的玻璃的防冰和防雾，除了在玻璃夹层中装电 加热元件外，还要辅以热空气吹拂玻璃内表面。
防雾 降低座舱的的相对湿度，提升玻璃内表面温度（28~32°C）。
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双金属开关
加温元件
接触器
特点： 1. 开启式是直接将绕 城螺旋形的裸电阻丝 安装在风道中；封闭 式是将电阻丝安装在 保护套内。 2. 加热均匀，热量稳 定，使用安全且寿命 长。
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图 6.3 电加热器原理图
如何设计电加热器？
1. 按加热空气所需的温升或所需的热量，计算需要的电加热器功率。 qmc p t • qm 通过加热器的空气质量流量 （kg/s ）
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2. 电热式壁板加温
工作原理：在座舱侧壁及地板处布置适当的电加温器，加热座舱侧壁及
地板，再通过对流和辐射加温座舱内的空气。 特点：只能保证舱壁和座舱的加温，座舱的通风和冷却需要另配专门的 系统。该加温系统通常用于热气加温不易到达的区域 例：波音707飞机的应急舱口，部分地板及某些客货两用机的货仓们等。
1. 座舱容积内温度场分布不均，舱内各温度点难满足技术条件的设 计要求； 2. 座舱内壁面温度和座舱内环境温度相差较大，也难满足要求，使 乘务人员感到不适。
此方法的缺点不可合理改善，因此仅有部分座舱容积 小的歼击机使用。
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6.2.2 壁面式加温系统 1. 热气式壁板加温
排气孔 空气通道
除座舱加温外的用途： 将进入水分离器的空调温度调节到2°C以上，防止水分离器结冰；
防雾、方冰、除冰之用。
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6.1.2 废气加温

工作过程： 利用发动机排出的废气（活塞式温度600~800°C,喷气式800°C）的热 量将外界引入的冷空气加热到100°C，然后供给座舱。
优点：系统结构简单，不需要额外消耗能量用于加温。 缺点：1.要求冷路和热路相互之间的管道密封性要好，否则可能将发动机的燃烧产
物带入座舱，使座舱的供气清洁度受到影响； 2.发动机不工作时，系统无热源，无法保证座舱加温。
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图 6.1 废气加温器
6.1.3 汽油加温器
作用：可提供所需加热的热量或作为加热方法的补充装置。 工作过程：加热器有两个供气体燃烧的小室，汽油与来自外界或座舱的空 气混合后燃烧，产生的热量在外室传给座舱或大气供给的清洁空气，而燃 烧产物则被排到外界大气。排气口装有温度传感器，根据传感器的输出调 节汽油的供油量，以控制加温器的输出温度。
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座舱加温最根本的方法： 将要输入座舱的空气加加热到规定的
温度值。
热空气的来源：
1. 发动机压气机或座舱增压器引气； 2. 空气经加温装置加热后提供给座舱； 3.飞机座舱排气。
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6.1 加温的气机或座舱增压器供气经旁路直接引至飞机座舱，对座舱进行
工作原理：
1. 座舱壁采用双层结构， 两层壁面之间形成空气流 通的通道供流入热空气加 温，并合理布置座舱加温 供气口和通风口供气； 2.夹层内流动的空气温度在 30~35°C； 3. 导管1流入热空气，沿舱 壁流动，在加热舱壁的同 时，部分热空气流入座舱 放气孔6，对座舱进行通风 和加温，部分空气经排气 孔5流入大气，空气喷嘴7 用于座舱通风和冷却供气， 一般提供10~15°C凉爽空 气。
6.2 座舱内空气加温的方法
分类：按加温传热原理
对流式加温 壁板式加温 从旁路系统直接供应热空气：热气式 采用壁板内的电热加温器：电热式
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6.2.1 对流式加温系统
工作原理：将直接供向座舱的热空气利用对流的方式，将热量分布到
整个座舱。
优点 ：仅由管路和喷管组成，方法简单，应用广泛。 缺点：当座舱容积较大，设备较多和环境要求过高时，存在
6.3.1 热气加温
分类
种类 优点 热空气自由喷射流直接吹拂玻 璃内表面。见图3-12 结构简单 1.玻璃的光学质量较好，热气 散失在座舱内，空气消耗量较 大，利用率低； 2.大量热空气在驾乘人员的面 部扩散，易引起眼、鼻等部位 粘膜和呼吸道发干，引发不适。 热空气从两层玻璃之间通过。见 图6-6 可利用座舱排气等废气进行加温， 空气利用率高，消耗量较小 空气中有灰尘，且空气有粘性， 从玻璃夹层中通过时容易与玻璃 发生摩擦，产生静电并污染玻璃， 长期使用会影响玻璃的光学性能， 需要定期更换玻璃。
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玻璃厚度的影响
玻璃厚度不超过15~18mm，玻璃的内表面可始终保持高于露点温度，因此 可以完全避免座舱玻璃表面结冰
玻璃厚度为100mm（防弹玻璃），电加温时，玻璃内表面的温度与座舱内 空气的温度一般差别不大，但是当座舱温度、湿度和压力变化量较大且变 化速率较快是，这种厚玻璃的内表面可能会结雾。
明的导电镀层，当电流通过电阻丝或导电镀层时，电流产生的热量对座舱 玻璃进行加温，使玻璃表面的温度高于露点温度。
分类
种类 玻璃夹层安装电阻丝网格 玻璃表面镀导电薄膜
结构特点
座舱玻璃由两层玻璃和一个夹层构成的 1. 在玻璃表面镀金属的 三合安全玻璃，夹层为0.33mm电阻丝加 分子层； 压入聚乙烯醇缩丁醛内。见图6-7 2. 在玻璃上镀厚度为几 个微米的半导体层。
壳体 供气的 集气管
燃烧室
环形加 温器
喷嘴 火花栓
特点： 1.汽油加温器体积较 大，质量较大，在地 面工作时，需要一个 鼓风机。 2.使用高度不能大于 11km。
图 6.2 汽油加温器原理图
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6.1.4 电加热器
作用：一般作为喷气式飞机的辅助加温设备，只有在一定得飞行状态下（例如爬 升、下滑）才能启动，有时飞机在停机状态亦可使用。 工作过程：一般由电阻元件组成，当有电流通过时，电阻元件发热，对流经它的 空气进行加热。传统的电加热器主要由加热元件、测控元件和外壳组成。加热元 件通常为镍铬合金丝，固定在绝缘体上，空气流经过时温度可达400~500°C。
• c p 空气比定压热容 [J/(kg•°C)] • t 所需的温差 （°C） t tout tin
2. 在选定电阻丝的基础上，根据电加热的功率，选择适合的电阻丝的 直径和长度。
3
电阻丝直径： d
2U 2
d
单位：m 单位：m
电阻丝长度：
l
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• 电阻丝的电阻率（Ω•mm2/m ） • U 通过电阻丝的电压 （伏[特] V） • 电阻丝表面积负荷（°C） 3 ~ 4 104W / m2