军用机和民用机的环境控制系统

军用机和民用机的环境控制系统

作者：Prof. D.V.Mahindru, Ms Priyanka Mahendru

摘要

在飞机的占领室、货舱、电子设备舱内设置冷却、加热、通风、湿度/污染物控制和增压的环境控制系统已经成为所有军用民用环境控制系统的一部分。这也迎合了别的气动的需求如挡风玻璃除雾、机翼防冰、舱门密封、油箱增压以及发动机设备的通风。

用于所有类型的军事/民用飞机上的空调主要是运用空气循环空调技术。根据焦耳或逆转布雷顿循环,系统利用从主要的压缩机发动机/ APU提取的高温、高压引气。它是拥有简单和固有的紧凑的优点气动设备,而且也满足一架飞机冷却和增压的综合需求。

这两种基于空气循环的制冷系统通过将热能转换为功降低了空气的焓，常规蒸汽压缩制冷系统通过蒸发合适的液体制冷剂来提取热量，他们都有一定的局限性。

因此最近人们正努力的想要整合两类冷却系统，以最合算的方式来解决热损耗的问题——由机内（人员、飞行器控制系统和电子设备舱等）和机外（热动加热和太阳辐射）两部分产生。这个行业在此领域目前所面临的技术挑战是——如何减少能源消耗、如何运用免费的定期保养来提高整体可靠性和如何提高旅客舒适度。当数字控制器的控制得以提高、再循环和提高个别效率因素的运用就会最大化减少能量的供给，如此便可能营造出一个拥有更好的温度恒定，更快的空调舱/驾驶舱和低噪音水平的更舒适的空调系统。更加出色的整体可靠性可以通过像在ACM中运用空气箔片轴承的方式合并尖端科技实现。空气箔片轴承增强了高速的可靠性。当今一列的的概念也被运用于主要的环控组件来缓解了飞机的安装和维护，也降低了整体重量。

关键词

空气管理系统通风湿度/污染物控制挡风玻璃除雾机翼防冰舱门密封油箱增压发动机舱通风飞机增压

I.引言

环境控制系统或空气管理系统是当今比较流行的说法，他们都是用于飞机工业系统和设备与冷却、加热、通风、湿度/污染物控制和在飞机被占领的隔间,货物车

厢和电子设备舱的增压设备的通用术语。其中也包含有要求像挡风玻璃除雾,机翼防冰、舱门密封、燃料箱增压和发动机通风。环境控制系统的最大挑战是如何在如此

多变的地面和飞行状态下以一种最可靠、最有效率的方式来操纵和供给足够的冷却。

这两种基于空气循环的制冷系统通过将热能转换为功降低了空气的焓，常规蒸汽压

缩制冷系统通过蒸发合适的液体制冷剂来提取热量，他们都有一定的局限性。因此

最近人们正努力的想要整合两类冷却系统，以最合算的方式来解决热损耗的问题—

—由机内（人员、飞行器控制系统和电子设备舱等）和机外（热动加热和太阳辐射）两部分产生。目前受大量关注的飞行器环境控制领域是减少能源消耗、包装、简单

故障的诊断和排除以及乘客\飞行员的舒适和环境的兼容性领域。

II.设计工艺

a) 空气循环空调

空气循环制冷是所有类型商用、军用飞行器空调系统中最主要的方式。它不仅具有简洁、气动设备固有的紧凑性的优势，又能满足飞机的集成冷却和增压要求。

基于焦耳或逆布雷顿空气循环，该系统采用提取自主发动机或PAU的高压、高温排气。这些气体首先通过一个温度与冲压空气差不多的初级换热器。通过空气循环系统（ACM)的压气

机给其施加的推进压力后，它再次通过一个二级热交换器来更大程度上地减少它的热量。最

后在涡轮中膨胀后获得足够的冷空气。接着这些冷却后的空气被送入船舱/驾驶舱以满足冷却、通风、空气增压的要求。水分离器一般是安放在ACM的出口处，是为了出去在膨胀过程中的水分凝结。

加热是通过混合控制下一定量的热放气，分流空气循环机带出来的冷空气后实现的。环

境控制系统普遍由以下三个主要的子系统组成：

ⅰ. 发动机引气系统

该动力系统包括设备和提供从电源向空调系统的引气的管道。这些空气来自发动机/APU

的压气机，在进入空调系统前流经排气截止阀，止回阀和压力调节阀。电磁巴索夫时打开空

调的选择。当空调被打开时，螺线管会控制排气截止阀开启。止回阀通常是安装在发动机之

间以防止单引擎运转引起的交叉流。压力调节阀通过限制引入气流的压力来适应系统的需求。

如今科技发展使得发动机引起系统得以处理高温引起。专有的镍合金（海恩斯25 BS HR 40，该7218级/ 20，密封环等）和由圣钢石墨复合箔和Le Carbon JP 600做出来的木碳垫片与

轴承。通常有两个安全空调系统（在B737和DC10上有三种），名义上每个供应了50%的空气，但是他们可以以其名义供气量的180%运作，这是为了以防某个系统失灵。在双发动机飞行器上，每个引擎引气的目的是提供空气总流量的一半（尽管两个引气系统是连在一起的）。在三个发动机的飞行器上，第三个发动机是用作替补的。在四个发动机的飞行器上，

每一个发动机的引气仅仅供给了14�的总设计流量。

在排气系统的下面的控制阀的作用是防止倒流和控制最大排气（如在休息的情况下）

流量倍增。如果只有热空气是必要的，少量的250千帕、180 ℃的引入空气会用于增大从外界引入的必需的总流量（5升/（秒•人））（25千帕，250 K）：

•喷射泵

•压缩机，通过涡轮的引入流驱动。

分别与高温阀及其控制单元相连。这使得系统由压缩机的高压级吸入的空气在550 ℃到650℃之间，从而为环控系统提供了更高的操作压力。

该系统也获得了提供的引气的高度补偿压力调节的能力，排出系统的引气压力是由飞行

器的高度所规定的从而根据飞行器的冷压优化引气的排出。比如在 PRSOV的LCA中所用的压力调节特性是平滑曲线，限制了压力至6.5 ， 5.0和4.3巴时从海平面0,7和15公里分别的高度。作为一个系统保护装置，当PRSOV发生开路， EBAS采用了超压开关。这个开关的功能是，以

感测PRSOV下游的压力上升和发送信号以关闭所有SOVs 。在LCA EBAS使用的超压开关具有7.35 ±0.35条来限制最大过压设定。该PRSOV的瞬态下游压力为这个值。

ⅱ. 空气调节系统

空调系统的设计始终围绕中心的空气循环机。现今的系统已经从简单的低流量涡轮冷却

器的制冷用低压水分离器、手动温度控制和水-空/空-空散热器进化到配置了 2轮、3- 轮或4轮引导带空气循环机的智能数字为基础的控制器空调及温度控制系统、高压水提取、蓄热式

和轻便的空气 - 空气热交换器。

a.数字控制器

基于环境控制系统数字控制器不仅可以保持客舱/驾驶舱温度的精确程度高，而且还提供了大量的选项，如数字温度显示和输入，数字总线连接（到机载计算机），笔记本电脑为基础的诊