第六章飞机空调系统案例
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第六章
飞机空调系统
现代科技广泛采用密封增压舱，这些增压密封 舱包括驾驶舱、客舱、设备舱以及货舱部分。 飞机座舱空气调节系统是为这些区域创造良好 的座舱环境，这是现代大、中型客机高空、高速飞 行是保障旅客舒适性的必备条件，该系统的工作性 能对于飞机的性能及其上座率有着重要的影响。
第一节
概述
一、大气环境条件及其对人体生理的影响 (一)大气温度和压力随高变化的规律
2、大气温度和湿度变化对人体的影响 (1)温度变化对人体的影响 物体的散热有对流、传导和辐射三种形式。 (2)湿度变化对人体的影响 低湿度对人的工作效能没有有害的影响，或者 至少低湿度的任何影响不是立即就能显示出来，有 关症状的发生随时间的增加而增加，所以在旅客机 的飞行时间里一般都没有考虑增湿的问题。 (3)其它环境参数对人体的影响 大气中的臭氧、宇宙射线、环境噪音、空气清 洁度对人体也有不同程度的影响。
2、标准大气 标准大气是由权威性机构颁布的一种“模式大 气”，它根据实测资料，用简化方式近似地表示 大气温度、压力和密度等参数的平均垂直分布。 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。
通用的国际标准大气的主要内容包括： (1)大气是静止的，空气是干燥洁净的理想气体。 (2)海平面大气物理属性的主要常数： t 0 15C(T0 288.15K ) 温度 0 1.225 kg / m3 空气密度 p0 101.325Pa(760mmHg ) 空气压力 a0 340.294m / s 音速 g 0 9.80665 m / s2 标准重力加速度 J / K kg 干空气的气体常数 R 287.05278
(二)湿空气的状态参数和标准大气
1、湿度的概念及湿空气的状态参数 湿度时表示空气中水蒸气含量多少的尺度。表征空气 湿度的状态参数通常有以下四种：水蒸汽分压力、绝对湿 度、相对湿度及含湿量。 所谓水蒸汽分压力是指水蒸气 在空气中所占的分压力，符号 为pq，单位为Pa。由于空气 是由干空气和水蒸气组成的， 那么它也符合道尔顿定律，大 气压力等于水蒸汽分压力和干 空气分压力之和，即 p=pq+pg
(3)大气温度、压力、密度随高度的计算式为： 在对流层（0〈H〈11km）
TH T0 H
pH p0 (1 H / 4430 )1/ R
H 0 (1 H / 4430 )1/ R
在平流层（11km〈H〈20km）
t H 56.5 C
TH 216.65K
①
②
③ ④ ⑤ ⑥
按功效与安全的系统要求，根据不同程度急性 缺氧对人体的影响，确定了六种生理界限值： 最佳值—对人体无任何缺氧效应的生理界限值。 夜航安全值—夜间飞行是保证视觉功能正常的生理界限值，高度
1.5km。
功效保证值—白天飞行时保证飞行人员不因缺氧而降低的生理界
限值，高度2.5km。
功效允许值—允许有轻度缺氧反应，但对功效无明显影响的生理
温度随高度的变化
Z(km)
20
11
-56°C -0,65°/100m
0
15°C
t(°C)
2、大气成分及大气压力与高度的关系 大气是多种气体和水蒸气的混合物。从海平面 到90km之间，大气成分极为稳定，称为均匀大气 层。在90km以上，大气的相对成分开始随高度和 时间而变化，称为非均匀大气层。
干洁大气的主要成分 气体 氮气 氧气 氩 容积含量（%） 78.084 20.946 0.934 分子量 临界温度(℃) 28.0134 -147.2 31.9988 -118.9 39.948 -122.0
界限值，高度4km。
缺氧耐限值—缺氧反应明显，达到难以耐受的启示生理界限值，
高度5km。
缺氧极限值—引起意识障碍的生理界限值，高度7.5km。
(2)低压的危害 低气压的危害程度取决于低压程度与减压速度。 (3)压力变化过速和爆炸减压的危害 所谓爆炸减压是飞机的增压座舱在高空突然失 去气密的一种事故。原因可能是在飞行期间，由于 增压座舱及连接件强度不够，使座舱顶盖、门、窗 等结构突然遭到破坏；也可能是由于外来的因素。 爆炸减压的现象是飞机在瞬时失去气密而爆发 巨响，舱内压力迅速释放，由于压差过大，有时会 出现气浪冲击，降人掀起甚至抛出机外。
从气体分子运动观点来看，气体分子愈多，即 撞击容器壁的机会愈多，表现出来的压力也愈高。 因此，水蒸汽分压力的大小反映了空气中水蒸气 含量的多少。 绝对湿度是用单位体积湿空气中所含的水蒸气 的质量表示，符号为E，单位为g/m3或kg/m3。 饱和空气的含湿量称为饱和含湿量。空气的饱 和含湿量随着温度的下降而减少。
二氧化碳
臭氧
0.038
0～7×10-8
44.00995
47.9982
31.0
-5.0
Βιβλιοθήκη Baidu
大气压力的单位为帕(Pa)或千帕(KPa)。在空 调系统中，空气的压力是用仪表测出的，但仪表 指示的压力不是空气压力的绝对值，而是与环境 大气压力的差值，称为工作压力(或表压)，工作 压力与绝对压力的关系为： 绝对压力=环境压力+工作压力
H 11000 6340
p H 22613 .11e
H 0.3636 e
H 11000 6340
(三)大气参数变化对人体生理的影响 1、低气压对人体的影响 高空大气压力降低对人体主要有两方面的影响： 一是由于大气中氧气分压力降低所引起的高空缺氧； 另一方面是低气压本身对人体产生的物理影响。 (1)高空缺氧 由于缺氧是由于高空吸入分压降低所引起的， 故亦称为“高空缺氧”。 人体在不同高度上缺氧反应的症状表现比较复 杂，起决定意义的因素是上升的高度。
地球的外表面被大气层所 包围，大气层总厚度约为 3000km，但分布不均匀。 将大气分为五层，从地球 表面向上分别是：对流层、 平流层、中间层、电离层 和散逸层。民用飞机基本 上是在对流层飞行，最高 升限接近平流层的下部。
exosphere 散逸层（外层）
热层 Ionosphere（电离层） 中间层顶 中间层 平流层顶 平流层 对流层顶
对流层
Atmospheric levels
不同航空器的运行高度
1、大气温度与高度的关系 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其附近空气散发热量，而 其中的红外辐射大部分被大气层部的二氧化碳和 水蒸汽所吸收。对流层的主要特征是：空气发生 强烈的水平和垂直运动。 高度每增加1km，气温平均下降6.5°C，即气 温随高度的平均递减率为-6.5°C/km；另外，因 为温度下降，空气的饱和含湿量下降。
飞机空调系统
现代科技广泛采用密封增压舱，这些增压密封 舱包括驾驶舱、客舱、设备舱以及货舱部分。 飞机座舱空气调节系统是为这些区域创造良好 的座舱环境，这是现代大、中型客机高空、高速飞 行是保障旅客舒适性的必备条件，该系统的工作性 能对于飞机的性能及其上座率有着重要的影响。
第一节
概述
一、大气环境条件及其对人体生理的影响 (一)大气温度和压力随高变化的规律
2、大气温度和湿度变化对人体的影响 (1)温度变化对人体的影响 物体的散热有对流、传导和辐射三种形式。 (2)湿度变化对人体的影响 低湿度对人的工作效能没有有害的影响，或者 至少低湿度的任何影响不是立即就能显示出来，有 关症状的发生随时间的增加而增加，所以在旅客机 的飞行时间里一般都没有考虑增湿的问题。 (3)其它环境参数对人体的影响 大气中的臭氧、宇宙射线、环境噪音、空气清 洁度对人体也有不同程度的影响。
2、标准大气 标准大气是由权威性机构颁布的一种“模式大 气”，它根据实测资料，用简化方式近似地表示 大气温度、压力和密度等参数的平均垂直分布。 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。
通用的国际标准大气的主要内容包括： (1)大气是静止的，空气是干燥洁净的理想气体。 (2)海平面大气物理属性的主要常数： t 0 15C(T0 288.15K ) 温度 0 1.225 kg / m3 空气密度 p0 101.325Pa(760mmHg ) 空气压力 a0 340.294m / s 音速 g 0 9.80665 m / s2 标准重力加速度 J / K kg 干空气的气体常数 R 287.05278
(二)湿空气的状态参数和标准大气
1、湿度的概念及湿空气的状态参数 湿度时表示空气中水蒸气含量多少的尺度。表征空气 湿度的状态参数通常有以下四种：水蒸汽分压力、绝对湿 度、相对湿度及含湿量。 所谓水蒸汽分压力是指水蒸气 在空气中所占的分压力，符号 为pq，单位为Pa。由于空气 是由干空气和水蒸气组成的， 那么它也符合道尔顿定律，大 气压力等于水蒸汽分压力和干 空气分压力之和，即 p=pq+pg
(3)大气温度、压力、密度随高度的计算式为： 在对流层（0〈H〈11km）
TH T0 H
pH p0 (1 H / 4430 )1/ R
H 0 (1 H / 4430 )1/ R
在平流层（11km〈H〈20km）
t H 56.5 C
TH 216.65K
①
②
③ ④ ⑤ ⑥
按功效与安全的系统要求，根据不同程度急性 缺氧对人体的影响，确定了六种生理界限值： 最佳值—对人体无任何缺氧效应的生理界限值。 夜航安全值—夜间飞行是保证视觉功能正常的生理界限值，高度
1.5km。
功效保证值—白天飞行时保证飞行人员不因缺氧而降低的生理界
限值，高度2.5km。
功效允许值—允许有轻度缺氧反应，但对功效无明显影响的生理
温度随高度的变化
Z(km)
20
11
-56°C -0,65°/100m
0
15°C
t(°C)
2、大气成分及大气压力与高度的关系 大气是多种气体和水蒸气的混合物。从海平面 到90km之间，大气成分极为稳定，称为均匀大气 层。在90km以上，大气的相对成分开始随高度和 时间而变化，称为非均匀大气层。
干洁大气的主要成分 气体 氮气 氧气 氩 容积含量（%） 78.084 20.946 0.934 分子量 临界温度(℃) 28.0134 -147.2 31.9988 -118.9 39.948 -122.0
界限值，高度4km。
缺氧耐限值—缺氧反应明显，达到难以耐受的启示生理界限值，
高度5km。
缺氧极限值—引起意识障碍的生理界限值，高度7.5km。
(2)低压的危害 低气压的危害程度取决于低压程度与减压速度。 (3)压力变化过速和爆炸减压的危害 所谓爆炸减压是飞机的增压座舱在高空突然失 去气密的一种事故。原因可能是在飞行期间，由于 增压座舱及连接件强度不够，使座舱顶盖、门、窗 等结构突然遭到破坏；也可能是由于外来的因素。 爆炸减压的现象是飞机在瞬时失去气密而爆发 巨响，舱内压力迅速释放，由于压差过大，有时会 出现气浪冲击，降人掀起甚至抛出机外。
从气体分子运动观点来看，气体分子愈多，即 撞击容器壁的机会愈多，表现出来的压力也愈高。 因此，水蒸汽分压力的大小反映了空气中水蒸气 含量的多少。 绝对湿度是用单位体积湿空气中所含的水蒸气 的质量表示，符号为E，单位为g/m3或kg/m3。 饱和空气的含湿量称为饱和含湿量。空气的饱 和含湿量随着温度的下降而减少。
二氧化碳
臭氧
0.038
0～7×10-8
44.00995
47.9982
31.0
-5.0
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大气压力的单位为帕(Pa)或千帕(KPa)。在空 调系统中，空气的压力是用仪表测出的，但仪表 指示的压力不是空气压力的绝对值，而是与环境 大气压力的差值，称为工作压力(或表压)，工作 压力与绝对压力的关系为： 绝对压力=环境压力+工作压力
H 11000 6340
p H 22613 .11e
H 0.3636 e
H 11000 6340
(三)大气参数变化对人体生理的影响 1、低气压对人体的影响 高空大气压力降低对人体主要有两方面的影响： 一是由于大气中氧气分压力降低所引起的高空缺氧； 另一方面是低气压本身对人体产生的物理影响。 (1)高空缺氧 由于缺氧是由于高空吸入分压降低所引起的， 故亦称为“高空缺氧”。 人体在不同高度上缺氧反应的症状表现比较复 杂，起决定意义的因素是上升的高度。
地球的外表面被大气层所 包围，大气层总厚度约为 3000km，但分布不均匀。 将大气分为五层，从地球 表面向上分别是：对流层、 平流层、中间层、电离层 和散逸层。民用飞机基本 上是在对流层飞行，最高 升限接近平流层的下部。
exosphere 散逸层（外层）
热层 Ionosphere（电离层） 中间层顶 中间层 平流层顶 平流层 对流层顶
对流层
Atmospheric levels
不同航空器的运行高度
1、大气温度与高度的关系 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其附近空气散发热量，而 其中的红外辐射大部分被大气层部的二氧化碳和 水蒸汽所吸收。对流层的主要特征是：空气发生 强烈的水平和垂直运动。 高度每增加1km，气温平均下降6.5°C，即气 温随高度的平均递减率为-6.5°C/km；另外，因 为温度下降，空气的饱和含湿量下降。