第2章 飞机环境控制系统的设计要求
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
供 气 量 的 确 定 方
Page 18
军用机
由座舱热载荷确定 一般单座战斗机 300~400kg/h
客机
1. 设计参考，现代客机一般取20~30kg/（h•人）； 2. 具有再循环功能，可取11~15kg/（h•人）； 3. 为了保证客舱内空气新鲜感，规定换气次数K： W K 一般K=18~22 次/h ， K Vk 当客舱容积Vk已知，通风量W即可得到。
Page 3
2.1.2 舱内压力制度 舱内压力制度的制定取决于机种和飞行任务，并应满足成员的生理要求。 理想的舱内压力制度： 海平面 ~ 2400m高度内 舱内不加压； 2400m ~飞机的使用升限 始终保持2400m高度上的相对压力。 缺点：会导致舱内外高压差，为提高飞机结构的安全性，降低爆 炸减压的危险性，飞机结构质量较大。
200
0
2
4
6
8
10
12
14
16
H/km
a~b 自由通风区 ：随H增加，舱内没有余压； b~c 绝对压力调节区：随H增加，舱内压力保持不变，座舱余压增加； c~d 等余压区：随H增加，舱内压力逐渐减小，但余压保持不变，直至 飞行高限。 Page 5
不同种类的飞机，执行的任务不同，采用的压力制度也不同。
进过一系列计算可得：
W
Page 14
qC [C ] CB
1.按座舱二氧化碳浓度要求来确定供气量
W qC [C ] CB
CB — 供入座舱空气中二氧化碳的体积分数（%）
qC — 座舱人员所释放出来的二氧化碳气体体积流量（m3/h） [C] — 座舱内允许二氧化碳气体的体积分数（%）
解决 ： 使飞机舱内的绝对压力和余压（或压差）随飞行高度而变化，
其变化规律可用 座舱压力制度 来表示。
Page 4
座舱压力制度 : 图2.1 飞机舱内绝对压力和余压与飞行高度之间的关系图
P/kPa
101.3
P / m m Hg
76 0 60 0
a
b
80
c
座舱余压制度
53.3
40 0
d
大气压力
26.66
C C0
qC VK
C0 — 座舱停止通风时，座舱空气中二氧化碳的体积分数（%）
— 座舱停止通风的时间（s）
Page 16
2. 按座舱湿度要求来确定供气量
W qvn n [ ] 0
m3/h
qVN — 每人每小时释放出来的水蒸气量（g/（h•人））
航空保障技术与工程
课程安排：12-19 周 学 讲 时 师 ：32 ：刘磊
第二章 飞机环境控制系统的设计要求
气 密 座 舱
压力 温度
湿度
Байду номын сангаас
通风换气
隔离
外界
Page 2
2.1 舱内压力条件及要求
2.1.1 舱内压力选择的生理基础
1.为避免人员缺氧，需要有足够的氧分压； 2.为防止火灾，大气中需要有足够的惰性气体； 3.为避免减压病，舱内压力必须大于相应飞行高度上的外界大 气压力； 4.人类生活习惯以及其他因素。根据人类的生活习惯，地面大 气压力下氧体积分数为21%的氧氮混合气体是乘员舱大气的理 想选择；微重力的影响也必须进行地面对照试验。
军用飞机
1. 取决于座舱需要的供气量和空气 分配的需求，要求为0.5~1.5m/s；
2. 大流量状态下，除面部和身体裸 露部分外，身体周围的流速允许达 到3.0m/s。
3. 吹向飞行员头部的水平气流不要 直接吹向人的眼睛，以避免眼球干 燥引发视觉障碍。
Page 10
2.2.4 舱内温湿度综合指标 为了综合评价舱内热环境条件，需要综合考虑空气的温度、湿度、速 度和辐射等因素对人的影响。一般用有效温度ET或三球温度WBGT等综合指 标来评价。
3. 舱内壁表面与空气之 间的温度差≤3°C。
Page 8
2.2.2舱内湿度条件及要求 1. 理想舱内相对湿度：30%~70%； 根据舒适度要求，最好控制在50%；
理想的要求
理想舱内相对湿度：30%~70%； 根据舒适度要求，最好控 制在50% 1.军用飞机，飞行时间较短
不需要加湿
2.大多数短途飞行的旅客机
Page 11
80
舒适区与耐受时间的关系
70
60
50
冷区
/ min
40
舒 适 区
热区
30
20
10 0
Page 12
有 限 耐 受 区
-20
-10 0 10 20 30 40
有 限 耐 受 区
50
60
70
t / C
2.3 舱内通风换气条件及要求
要求：向座舱供应新鲜空气
2.3.1 座舱空气清洁度要求
(W CB qC )d W C d VK dC
W — 座舱体积供气量（m3/h） CB— 供入座舱空气中有害气体的体积分数（%） qC— 座舱人员所释放出来的有害气体体积流量（m3/h）
C— 在任意时刻内座舱空气中所含的有害气体体积分数（%）
Vk— 座舱容积（m3）
歼击机
1. 用飞行员周边温度 tpe 来表示； 2. 冷却条件下，高湿度状态下，tpe=24°C; 低湿度状态下， tpe=29°C。 3. 加温条件下，理想的tpe=21~26.7°C; 4. “温室效应”可使座舱升温5~12°C，需要进行降 温； 5. 飞行员头顶受太阳直射，温度应低于座舱底部温度 ，要保证驾驶舱上下温差为3~5.5°C。
3.续航时间长的客机的客舱 1.续航时间长的客机的驾驶舱
需要加湿
2.飞行高度超过10km，飞行时间超过12h的飞机 3 航空急救运输机
需要除湿
飞机低空飞行或地面滑行，尤其在夏季
Page 9
2.2.3舱内气流速度条件及要求
旅客机
1. 客舱内的空气流速应在 0.2~0.5m/s，以避免人体裸露部分 有冷的感觉； 2. 使用个人通风装置时，空气温度 一般为10~12°C，舱内流过人员头 部的气流速度应≤1.5m/s。
法
思考题
书上P45
Page 19
谢谢观赏
WPS Office
Make Presentation much more fun
@WPS官方微博 @kingsoftwps
军用机
0.40~0.67
3.0~5.0
0.67~1.333
5.0~10.0
目前，各国对座舱增压速率和减压速率的规定和要求是有差异的。 Page 7见书上表2-2
2.2 舱内温湿度条件及要求
2.2.1舱内温度条件及要求
旅客机
1. 舱内空气温度保持在 15~26 °C。 2. 最适宜温度为 20~22°C，舱内任意两 点温度差不超过3~5°C ；
2.1.3 舱内压力变化速率限制 座舱压力变化 人体特殊疼痛感，尤其是中耳
飞机爬升、下降、供气量变化
解决：控制飞机爬升和下降速率
座舱增压速率/
座舱减压速率/
（kPa • s-1）（mmHg• s-1） （kPa • s-1）（mmHg• s-1） 旅客机 运输机 0.018~0.021 0.135~0.16 0.021~0.043 0.16~0.32
Page 13
3. 一氧化碳浓度≤0.02mg/L； 4. 一氧化氮浓度≤0.005mg/L； 5. 二氧化碳浓度≤36mg/L；,即分压为2.0kPa（15mmHg）
航天飞行中要求较高。
2.3.1 座舱通风量计算 假设：舱内产生的废气能够及时均匀地扩散到整个座舱，而又不被舱内的物质吸 收，根据有害气体的质量平衡原则，即 供入座舱的有害气体量 - 排出舱外的 = 舱内有害气体的增量 列方程：
[ ] — 座舱内空气允许的绝对湿度（g/m3）
n
— 座舱内人数（人） — 供入座舱的空气的绝对湿度（g/m3）
通常每人每小时所释放出来的水蒸气量可取为80~136g
Page 17
2.3.3 座舱供气量和通风换气的要求 供给座舱的供气量要满足： 1. 座舱增压要求：座舱供气量要大于座舱的泄漏量；最低最基本的要求 2. 热力状态要求：座舱供气量要满足座舱加温和冷却的要求； 3. 通风换气要求：座舱供气量要控制舱内合适的有害杂质和气体的浓度， 以满足人体正常的生理呼吸和生活环境的要求。
影响因素
1.与外界大气和座舱增压源（发动机压气机）出口的空气 清洁度有关； 2. 与人体新陈代谢和呼吸排除的气体有关。 1.在飞机座舱供气管路进入座舱前加装空气过滤器； 解决措施 2.为减少异味，在座舱内壁选择涂饰材料时要避免气味特 别浓烈的涂料。 1. 燃料（汽油和煤油）的蒸汽浓度≤0.3mg/L； 2.燃料和滑油分解出的杂质浓度≤0.0002mg/L； 对有害杂质 浓度的要求
有效温度 ET 1.考虑空气温度、湿度和速度的 影响； 三球温度 WBGT 1. 考虑空气温 度、湿度和速 度和辐射四个 因素； 两者的联系 1. 都是评价热环境的综合 指标；但是风速较小时， 两者接近。 2. 若ET=WBGT，说明人体 对冷热的感受程度是相同 的。
2.旅客机，夏季舒适区， ET=17.8~26.1°C，平均值22°C 冬季舒适区，ET=15.6~23.3°C， 2. 应在空勤人 平均值18.9°C； 员的头部和双 3. 战斗机在正常飞行下可以保持 肩附近进行测 量； 在舒适区ET=15.5~26.5°C，但是 某些特殊飞行条件，则要综合考 虑人体对环境温度的耐受性。
为方便计算 ， 飞行人员 ：qe=25L/h ;
乘客 ：qn=25L/h; 总的座舱内人员所释放出来的二氧化碳气体量为：
qC =qe×ne＋qn×nn
ne—飞行人员的数量 nn— 乘客的数量
Page 15
当通风供气系统在飞行中失效，或地面停机状态下空调系统没有工作，以 及乘客进舱后起飞延时，则座舱空气中的二氧化碳气体浓度将增加,
P/kPa 101.3
P / m m Hg
76 0 60 0 40 0 大气压力
旅客机
80
轰炸机（双余压）
53.3
26.66
200
歼击机 H/km
0
2
4
6
8
1 0
12
14
16
歼击机：低余压制度，压差控制在29.3~36kPa; 轰炸机——续航时间长，执行任务时可能有受损伤而产生爆炸减压的危险 双余压制度：续航时候，高余压，压差控制在40.53~72kPa 战斗时候，低余压，压差控制在39.2kPa 旅客机：巡航时舱内压力对应高度不超过2400m，采用高余压制度，舱内 Page 6 压力控制在81.46~101.3kPa，不同机型还有不同限制。
Page 18
军用机
由座舱热载荷确定 一般单座战斗机 300~400kg/h
客机
1. 设计参考，现代客机一般取20~30kg/（h•人）； 2. 具有再循环功能，可取11~15kg/（h•人）； 3. 为了保证客舱内空气新鲜感，规定换气次数K： W K 一般K=18~22 次/h ， K Vk 当客舱容积Vk已知，通风量W即可得到。
Page 3
2.1.2 舱内压力制度 舱内压力制度的制定取决于机种和飞行任务，并应满足成员的生理要求。 理想的舱内压力制度： 海平面 ~ 2400m高度内 舱内不加压； 2400m ~飞机的使用升限 始终保持2400m高度上的相对压力。 缺点：会导致舱内外高压差，为提高飞机结构的安全性，降低爆 炸减压的危险性，飞机结构质量较大。
200
0
2
4
6
8
10
12
14
16
H/km
a~b 自由通风区 ：随H增加，舱内没有余压； b~c 绝对压力调节区：随H增加，舱内压力保持不变，座舱余压增加； c~d 等余压区：随H增加，舱内压力逐渐减小，但余压保持不变，直至 飞行高限。 Page 5
不同种类的飞机，执行的任务不同，采用的压力制度也不同。
进过一系列计算可得：
W
Page 14
qC [C ] CB
1.按座舱二氧化碳浓度要求来确定供气量
W qC [C ] CB
CB — 供入座舱空气中二氧化碳的体积分数（%）
qC — 座舱人员所释放出来的二氧化碳气体体积流量（m3/h） [C] — 座舱内允许二氧化碳气体的体积分数（%）
解决 ： 使飞机舱内的绝对压力和余压（或压差）随飞行高度而变化，
其变化规律可用 座舱压力制度 来表示。
Page 4
座舱压力制度 : 图2.1 飞机舱内绝对压力和余压与飞行高度之间的关系图
P/kPa
101.3
P / m m Hg
76 0 60 0
a
b
80
c
座舱余压制度
53.3
40 0
d
大气压力
26.66
C C0
qC VK
C0 — 座舱停止通风时，座舱空气中二氧化碳的体积分数（%）
— 座舱停止通风的时间（s）
Page 16
2. 按座舱湿度要求来确定供气量
W qvn n [ ] 0
m3/h
qVN — 每人每小时释放出来的水蒸气量（g/（h•人））
航空保障技术与工程
课程安排：12-19 周 学 讲 时 师 ：32 ：刘磊
第二章 飞机环境控制系统的设计要求
气 密 座 舱
压力 温度
湿度
Байду номын сангаас
通风换气
隔离
外界
Page 2
2.1 舱内压力条件及要求
2.1.1 舱内压力选择的生理基础
1.为避免人员缺氧，需要有足够的氧分压； 2.为防止火灾，大气中需要有足够的惰性气体； 3.为避免减压病，舱内压力必须大于相应飞行高度上的外界大 气压力； 4.人类生活习惯以及其他因素。根据人类的生活习惯，地面大 气压力下氧体积分数为21%的氧氮混合气体是乘员舱大气的理 想选择；微重力的影响也必须进行地面对照试验。
军用飞机
1. 取决于座舱需要的供气量和空气 分配的需求，要求为0.5~1.5m/s；
2. 大流量状态下，除面部和身体裸 露部分外，身体周围的流速允许达 到3.0m/s。
3. 吹向飞行员头部的水平气流不要 直接吹向人的眼睛，以避免眼球干 燥引发视觉障碍。
Page 10
2.2.4 舱内温湿度综合指标 为了综合评价舱内热环境条件，需要综合考虑空气的温度、湿度、速 度和辐射等因素对人的影响。一般用有效温度ET或三球温度WBGT等综合指 标来评价。
3. 舱内壁表面与空气之 间的温度差≤3°C。
Page 8
2.2.2舱内湿度条件及要求 1. 理想舱内相对湿度：30%~70%； 根据舒适度要求，最好控制在50%；
理想的要求
理想舱内相对湿度：30%~70%； 根据舒适度要求，最好控 制在50% 1.军用飞机，飞行时间较短
不需要加湿
2.大多数短途飞行的旅客机
Page 11
80
舒适区与耐受时间的关系
70
60
50
冷区
/ min
40
舒 适 区
热区
30
20
10 0
Page 12
有 限 耐 受 区
-20
-10 0 10 20 30 40
有 限 耐 受 区
50
60
70
t / C
2.3 舱内通风换气条件及要求
要求：向座舱供应新鲜空气
2.3.1 座舱空气清洁度要求
(W CB qC )d W C d VK dC
W — 座舱体积供气量（m3/h） CB— 供入座舱空气中有害气体的体积分数（%） qC— 座舱人员所释放出来的有害气体体积流量（m3/h）
C— 在任意时刻内座舱空气中所含的有害气体体积分数（%）
Vk— 座舱容积（m3）
歼击机
1. 用飞行员周边温度 tpe 来表示； 2. 冷却条件下，高湿度状态下，tpe=24°C; 低湿度状态下， tpe=29°C。 3. 加温条件下，理想的tpe=21~26.7°C; 4. “温室效应”可使座舱升温5~12°C，需要进行降 温； 5. 飞行员头顶受太阳直射，温度应低于座舱底部温度 ，要保证驾驶舱上下温差为3~5.5°C。
3.续航时间长的客机的客舱 1.续航时间长的客机的驾驶舱
需要加湿
2.飞行高度超过10km，飞行时间超过12h的飞机 3 航空急救运输机
需要除湿
飞机低空飞行或地面滑行，尤其在夏季
Page 9
2.2.3舱内气流速度条件及要求
旅客机
1. 客舱内的空气流速应在 0.2~0.5m/s，以避免人体裸露部分 有冷的感觉； 2. 使用个人通风装置时，空气温度 一般为10~12°C，舱内流过人员头 部的气流速度应≤1.5m/s。
法
思考题
书上P45
Page 19
谢谢观赏
WPS Office
Make Presentation much more fun
@WPS官方微博 @kingsoftwps
军用机
0.40~0.67
3.0~5.0
0.67~1.333
5.0~10.0
目前，各国对座舱增压速率和减压速率的规定和要求是有差异的。 Page 7见书上表2-2
2.2 舱内温湿度条件及要求
2.2.1舱内温度条件及要求
旅客机
1. 舱内空气温度保持在 15~26 °C。 2. 最适宜温度为 20~22°C，舱内任意两 点温度差不超过3~5°C ；
2.1.3 舱内压力变化速率限制 座舱压力变化 人体特殊疼痛感，尤其是中耳
飞机爬升、下降、供气量变化
解决：控制飞机爬升和下降速率
座舱增压速率/
座舱减压速率/
（kPa • s-1）（mmHg• s-1） （kPa • s-1）（mmHg• s-1） 旅客机 运输机 0.018~0.021 0.135~0.16 0.021~0.043 0.16~0.32
Page 13
3. 一氧化碳浓度≤0.02mg/L； 4. 一氧化氮浓度≤0.005mg/L； 5. 二氧化碳浓度≤36mg/L；,即分压为2.0kPa（15mmHg）
航天飞行中要求较高。
2.3.1 座舱通风量计算 假设：舱内产生的废气能够及时均匀地扩散到整个座舱，而又不被舱内的物质吸 收，根据有害气体的质量平衡原则，即 供入座舱的有害气体量 - 排出舱外的 = 舱内有害气体的增量 列方程：
[ ] — 座舱内空气允许的绝对湿度（g/m3）
n
— 座舱内人数（人） — 供入座舱的空气的绝对湿度（g/m3）
通常每人每小时所释放出来的水蒸气量可取为80~136g
Page 17
2.3.3 座舱供气量和通风换气的要求 供给座舱的供气量要满足： 1. 座舱增压要求：座舱供气量要大于座舱的泄漏量；最低最基本的要求 2. 热力状态要求：座舱供气量要满足座舱加温和冷却的要求； 3. 通风换气要求：座舱供气量要控制舱内合适的有害杂质和气体的浓度， 以满足人体正常的生理呼吸和生活环境的要求。
影响因素
1.与外界大气和座舱增压源（发动机压气机）出口的空气 清洁度有关； 2. 与人体新陈代谢和呼吸排除的气体有关。 1.在飞机座舱供气管路进入座舱前加装空气过滤器； 解决措施 2.为减少异味，在座舱内壁选择涂饰材料时要避免气味特 别浓烈的涂料。 1. 燃料（汽油和煤油）的蒸汽浓度≤0.3mg/L； 2.燃料和滑油分解出的杂质浓度≤0.0002mg/L； 对有害杂质 浓度的要求
有效温度 ET 1.考虑空气温度、湿度和速度的 影响； 三球温度 WBGT 1. 考虑空气温 度、湿度和速 度和辐射四个 因素； 两者的联系 1. 都是评价热环境的综合 指标；但是风速较小时， 两者接近。 2. 若ET=WBGT，说明人体 对冷热的感受程度是相同 的。
2.旅客机，夏季舒适区， ET=17.8~26.1°C，平均值22°C 冬季舒适区，ET=15.6~23.3°C， 2. 应在空勤人 平均值18.9°C； 员的头部和双 3. 战斗机在正常飞行下可以保持 肩附近进行测 量； 在舒适区ET=15.5~26.5°C，但是 某些特殊飞行条件，则要综合考 虑人体对环境温度的耐受性。
为方便计算 ， 飞行人员 ：qe=25L/h ;
乘客 ：qn=25L/h; 总的座舱内人员所释放出来的二氧化碳气体量为：
qC =qe×ne＋qn×nn
ne—飞行人员的数量 nn— 乘客的数量
Page 15
当通风供气系统在飞行中失效，或地面停机状态下空调系统没有工作，以 及乘客进舱后起飞延时，则座舱空气中的二氧化碳气体浓度将增加,
P/kPa 101.3
P / m m Hg
76 0 60 0 40 0 大气压力
旅客机
80
轰炸机（双余压）
53.3
26.66
200
歼击机 H/km
0
2
4
6
8
1 0
12
14
16
歼击机：低余压制度，压差控制在29.3~36kPa; 轰炸机——续航时间长，执行任务时可能有受损伤而产生爆炸减压的危险 双余压制度：续航时候，高余压，压差控制在40.53~72kPa 战斗时候，低余压，压差控制在39.2kPa 旅客机：巡航时舱内压力对应高度不超过2400m，采用高余压制度，舱内 Page 6 压力控制在81.46~101.3kPa，不同机型还有不同限制。