飞行器环境控制课件总结
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升压除水系统 般为动能式水分离器，其工作原理是： 将带有水滴的气流流过离心式旋转装置， 通过旋转，将机械能传给悬浮于空气中的 水滴，由于水滴的质量比空气大，故有一 部分水被甩到边缘上去。（气流通过螺旋叶片， 叶片是固定的，气流通道是旋转的） 回热气作用：1）减小涡轮出口空气经过冷凝器 的温升；2）使未除去的液滴汽化，防液击。 冷凝器作用：1）将热边空气冷却到 Td 以下，除 水，水喷到冲压空气冷边，提高换热效率； 2）防止涡轮出口结冰堵塞。 高压除水优点： 1）Td 高，易除水；气流速度小，水颗粒大，除水更彻底； 2）涡轮除水不受冰点限制，引气量减少； 3）为电子舱设备提供干燥空气，提高可靠性； 4）增大了涡轮膨胀比，提高了制冷量。
实际升压式系统：
三轮式（简单式与升压式的组合） 特点：与简单式比较 1）在地面发动机以最小功率工作，可以提供全冷制冷能力，降低发动机噪声，减少磨损和油耗。 2）可以使用地面气源或或机载辅助动力装置在地面供气，能给出全冷额定制冷量，简单式只能 给一部分。 3）涡轮功大部分被压气机吸收，整个制冷系统工况主要由升压式部分决定。当风扇空气进口被 堵或高空负荷小时不会超速，而简单式很容易超速。 与升压式比较： 1）不要求专门的动力驱动风扇 2）没有单独的风扇，在可靠性、质量、外形方面均具有优越性。 飞行器可用冷源：1. 机外（环境）空气 2. 燃油 3. 消耗性冷却剂 冲压空气作为热沉，温度近似按总温计算， 在高空高速下：1）空气稀薄，可用于冷却的空气量很少； 2）高速时，冲压空气温度升高，限制了环境空气作为冷源； 3）用于热交换器的冲压空气会造成相当大的阻力代偿损失。 燃油热沉：燃油热管理系统，F22 综合热管理系统。
4.湿度调节 露点温度，影响因素：含湿量，大气压力 大气压力越大，露点温度越高；含湿量越大，露点温度越高。 湿度对空气循环制冷系统的影响： （1）对乘员舱和电子设备舱不利； （2）系统制冷能力降低； （3）会损坏涡轮叶轮。 低压除水：当通过冷却涡轮的空气温度降低到露点温度以下时就会有 水分凝出，水分由水分离器除去。 缺点：1）涡轮出口和水分离器入口温度需高于 0 度； 2）凝出的水分如不再利用会降低制冷能力； 3）凝结器阻力大，使涡轮出口压力升高，降低膨胀比； 4）除水效率低，过量的湿气会进入座舱和电子设备舱； 5）维修性差，凝集器容易污损堵塞，与管路协调性差。 机械式水分离器，安装在涡轮出口足够远的地方，以使尺 寸为 1－2 微米的颗粒水聚集成使水分离器能起分离作用的 较大颗粒。一些试验证明，使水滴尺寸增大到所需希望数 值需要 0.043 秒的时间。
简单式设计方案 升压式设计方案（注意：涡轮功率=压气机功率）
6.环控系统的性能代偿损失 1）当量质量法，折算到质量单位； 2）起飞总质量法，折算到燃油 ；3）当量阻力法，折算到 阻力单位。 7.高性能环控系统方案 F22：综合热管理系统 B787：电动三轮式系统
8.座舱空气品质及空气分配 1）空气质量的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。 主要污染物：二氧化碳，臭氧，发动机油和液压油，一氧化碳。
1.环控系统的功能和任务？环控系统包括的主要内容？ 功能：在飞行时保证旅客和空勤人员正常生活和设备可靠工作。 任务：在各种飞行条件下，将舱内空气压力、温度、湿度、气流速度和洁净度保持在允许范围。
2.外界大气条件 重点了解 0-50km 航空器活动区，即对流层和平流层底部的温度特性以及形成原因 对流层特点： 1） 由于太阳辐射使地表温度升高，热量大部分被地表空气中二氧化碳和水蒸气吸收。空气受
污染物 影响
二氧化碳 含量过高可能 会导致高碳酸 血症
臭氧 直接通过影响人体 呼吸系统，臭氧对 人体健康特别危险
发动机油和液压油 发动机润滑油和液压油 的成分对人体特别有毒
一氧化碳 在低浓度下会出 现头痛和头晕， 高浓度会导致更 严重的健康影响
进行通风换气 1）臭氧催化转换 VOCs（挥发性有机物）： 通风换气以维持 维持低浓度的 （减小在通风空气 在回风口处被活性炭吸 低水平的一氧化
措施
二氧化碳
供应量）
收
碳
2）飞行规划（降低 PM（PM2.5，PM10）：
高环境臭氧的可能 添加过滤器，过滤机舱
性）
内供气的回风
飞机舱内环境的终极目标：（1）经济（2）高效节能（3）环保（4）人感到自由 2）空气分配 过程：1 空气进入发动机 2 通过臭氧催化转换器 3 制冷附件 4 进入混合歧管 5 外面的空气和再 循环空气混合 6 空气供应给客舱 7 空气从飞机上排出 B767 方案：上供应下返回；下供应上返回；上供应上返回性能更好。 9.旅客机应急装置
热膨胀上升，发生垂直流动，由于地表受热不均，发生水平流动。 2） 底层气团受热上升，由高压向低压膨胀降温，温度随高度向上递减，递减率约为 6.5℃/km。 3） 出现多种天气现象，雨雪云雾等 平流层特点（仅在平流层下部，温度才均匀一致，而上部温度是变化的） 1） 垂直对流不强，多为平流运动，速度大，下层大部分为西风，上层吹东风。 2） 水汽含量微小，无云与雾。尘埃很少，透明度很高。 3） 热平衡主要通过臭氧和空气的电离来调节。 大气温度及臭氧浓度分布图 (1) 舱内温度条件及要求（在满足人体热舒适性的前提下，重点了解飞行器舱内温度设计要求）
飞机上能否采用？蒸发温度由送风温度确定，冷凝温度由冷源确定；从节能角度考虑：蒸发温 度尽可能高，冷凝温度尽可能低。飞机上应用时：会考虑能耗，安装空间，重量，抗震等性能。 理想简单式：
理想升压式：
实际简单式：
简单式系统的应用： 1）风扇作为单纯耗能的负载，mig-21 2）风扇作为热交换器引射空气的增压源,F101 3）抽风并引射 4）排气
P47-48 舒适区范围 15-26 度；穿通风服 10-37 度 (2) 环控系统设计指标或考核依据？座舱热载荷 座舱热载荷：以坐舱为研究对象，当维持舱内温、湿度恒定时，单位时间内传入（或传出）的 净热量。 稳态热载荷，座舱与环境之间换热过程处于稳定状态时座舱空气所获得的净热流。 计算方法
蒙皮温度： T1
氧气面罩，氧气储存装置和面罩放在乘客头顶模块里面或者座椅背部里面；
救生衣，有黄色（乘客）和红色（机组），海上救生易于被发现；
逃生滑梯，为了避免火灾，里面充氮气或二氧化碳、氮气的混合体；乘客滑下的时候，不能带
尖锐物品。
复习提纲
1.环控系统的功能和任务？环控系统包括的主要内容？ 2.温度调节系统，外界大气温度的变化（对流层、平流层）；舱内温度 设计依据（按飞机标准）；加温系统；制冷系统； 3.制冷系统，空气循环制冷系统（原理，热力过程，COP 推导，设计方 案）；蒸汽循环制冷系统； 4.湿度调节系统，外界大气湿度的变化；舱内湿度设计；加湿方法；去 湿方法（高压除水、低压除水） 5.环控系统的参数匹配（习题和例题） 6.环控系统的性能代偿损失，当量质量法；起飞总质量法；当量阻力法。 7.高性能环控系统方案，B787；F22。 8.座舱空气品质及空气分配，空气品质的定义；旅客机空气分配系统方 案。 9.旅客机应急装置，应急装置有哪些。
增湿
强调 1）高压除水效率高 2）除水与涡轮型式无关 3）高压除水必有冷凝器-高压水分 离器组件
qm,sw
(dh
0.622
c pq,b pc c pq,b
)qm,h
(nnqn
npqp
)
增湿的方法和装置 1. 喷射器型增湿装置，通过压缩空气的引射，使水雾化，然后供入座舱增压空气管路以供入座 舱。 2.文氏管型增湿装置，利用压缩空气流经文氏管颈部时速度加快，气流动压与水压压差增大的 现象，使水变为细小的雾状水珠，进入空气并供入座舱。 3.电加热型增湿装置，利用电阻丝加热水，形成水蒸气，直接通入座舱增湿。 4.内/外混合气动喷射增湿装置（有文氏管），（内）利用压缩空气流经文氏管颈部时速度加快， 气流动压与水压压差增大的现象，使水变为细小的雾状水珠，进入空气并供入座舱。（外）利 用压缩空气流经文氏管颈部时速度加快，气流动压与水压压差增大的现象，使水变为细小的雾 状水珠，进入空气并供入座舱。 5.离心式增湿装置（有蒸发器），在蒸发器内，水箱供出的水和发动机压气机提供的热空气充 分混合，水被完全蒸发后供入座舱。 6.空气热型增湿（有蒸发器），在蒸发器内，水箱供出的水和发动机压气机提供的热空气充分 混合，水被完全蒸发后供入座舱。 5.环控系统的参数匹配 温度匹配法：P278-283 各点参数计算：
TH*
TH
1
r
k 1 Ma2 , Ma
2
2 。滞止温度：恢复温ຫໍສະໝຸດ Baidu是指气流在绝热的固
体表面上被滞止到零速度时的温度。 计算算例：r=0.9
模型计算法：1）飞机结构壁要已知；2）适用于飞机已经设计完成阶段 (3) 座舱加温方法（重点了解：每一种方法的特点）P135-141
1）旁路加温，由发动机或座舱增压器引出的热空气，从旁路绕过空气循环制冷系统的冷却涡轮 后冲压空气热交换器，对座舱进行加温。优点，简单可靠，应用场合广；缺点，需要相当高的 座舱余压；座舱增压器要有足够的压力； 2）电加温，一般作为飞机辅助的加温设备。优点，结构紧凑，质量小，适合于任何类型飞行器。 3）废气加温，带有纵向肋片的内管被发动机排出的废气加温。优点，结构简单，不消耗附加能 量；缺点，若内管气密性破坏可能会使燃烧产物流入座舱，还依赖发动机工作。 飞机温度调节系统 3.座舱制冷系统 什么是制冷？对物体进行冷却，使其温度低于环境温度，并维持这个低温。 理想卡诺循环：等温膨胀-等熵压缩-等温压缩-等熵膨胀 布雷顿循环（焦耳循环）：等熵压缩--等压冷却--等熵膨胀--等压加热 重点（由哪几个热力过程组成？热力循环图如何画？T-S 和 P-V 图系统性能系数会推导。） 1）相变制冷 2）可以采用少量工质获得所需冷量 3）性能系数大于 1（系统流程及热力过程会 描述） 蒸汽压缩循环
实际升压式系统：
三轮式（简单式与升压式的组合） 特点：与简单式比较 1）在地面发动机以最小功率工作，可以提供全冷制冷能力，降低发动机噪声，减少磨损和油耗。 2）可以使用地面气源或或机载辅助动力装置在地面供气，能给出全冷额定制冷量，简单式只能 给一部分。 3）涡轮功大部分被压气机吸收，整个制冷系统工况主要由升压式部分决定。当风扇空气进口被 堵或高空负荷小时不会超速，而简单式很容易超速。 与升压式比较： 1）不要求专门的动力驱动风扇 2）没有单独的风扇，在可靠性、质量、外形方面均具有优越性。 飞行器可用冷源：1. 机外（环境）空气 2. 燃油 3. 消耗性冷却剂 冲压空气作为热沉，温度近似按总温计算， 在高空高速下：1）空气稀薄，可用于冷却的空气量很少； 2）高速时，冲压空气温度升高，限制了环境空气作为冷源； 3）用于热交换器的冲压空气会造成相当大的阻力代偿损失。 燃油热沉：燃油热管理系统，F22 综合热管理系统。
4.湿度调节 露点温度，影响因素：含湿量，大气压力 大气压力越大，露点温度越高；含湿量越大，露点温度越高。 湿度对空气循环制冷系统的影响： （1）对乘员舱和电子设备舱不利； （2）系统制冷能力降低； （3）会损坏涡轮叶轮。 低压除水：当通过冷却涡轮的空气温度降低到露点温度以下时就会有 水分凝出，水分由水分离器除去。 缺点：1）涡轮出口和水分离器入口温度需高于 0 度； 2）凝出的水分如不再利用会降低制冷能力； 3）凝结器阻力大，使涡轮出口压力升高，降低膨胀比； 4）除水效率低，过量的湿气会进入座舱和电子设备舱； 5）维修性差，凝集器容易污损堵塞，与管路协调性差。 机械式水分离器，安装在涡轮出口足够远的地方，以使尺 寸为 1－2 微米的颗粒水聚集成使水分离器能起分离作用的 较大颗粒。一些试验证明，使水滴尺寸增大到所需希望数 值需要 0.043 秒的时间。
简单式设计方案 升压式设计方案（注意：涡轮功率=压气机功率）
6.环控系统的性能代偿损失 1）当量质量法，折算到质量单位； 2）起飞总质量法，折算到燃油 ；3）当量阻力法，折算到 阻力单位。 7.高性能环控系统方案 F22：综合热管理系统 B787：电动三轮式系统
8.座舱空气品质及空气分配 1）空气质量的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。 主要污染物：二氧化碳，臭氧，发动机油和液压油，一氧化碳。
1.环控系统的功能和任务？环控系统包括的主要内容？ 功能：在飞行时保证旅客和空勤人员正常生活和设备可靠工作。 任务：在各种飞行条件下，将舱内空气压力、温度、湿度、气流速度和洁净度保持在允许范围。
2.外界大气条件 重点了解 0-50km 航空器活动区，即对流层和平流层底部的温度特性以及形成原因 对流层特点： 1） 由于太阳辐射使地表温度升高，热量大部分被地表空气中二氧化碳和水蒸气吸收。空气受
污染物 影响
二氧化碳 含量过高可能 会导致高碳酸 血症
臭氧 直接通过影响人体 呼吸系统，臭氧对 人体健康特别危险
发动机油和液压油 发动机润滑油和液压油 的成分对人体特别有毒
一氧化碳 在低浓度下会出 现头痛和头晕， 高浓度会导致更 严重的健康影响
进行通风换气 1）臭氧催化转换 VOCs（挥发性有机物）： 通风换气以维持 维持低浓度的 （减小在通风空气 在回风口处被活性炭吸 低水平的一氧化
措施
二氧化碳
供应量）
收
碳
2）飞行规划（降低 PM（PM2.5，PM10）：
高环境臭氧的可能 添加过滤器，过滤机舱
性）
内供气的回风
飞机舱内环境的终极目标：（1）经济（2）高效节能（3）环保（4）人感到自由 2）空气分配 过程：1 空气进入发动机 2 通过臭氧催化转换器 3 制冷附件 4 进入混合歧管 5 外面的空气和再 循环空气混合 6 空气供应给客舱 7 空气从飞机上排出 B767 方案：上供应下返回；下供应上返回；上供应上返回性能更好。 9.旅客机应急装置
热膨胀上升，发生垂直流动，由于地表受热不均，发生水平流动。 2） 底层气团受热上升，由高压向低压膨胀降温，温度随高度向上递减，递减率约为 6.5℃/km。 3） 出现多种天气现象，雨雪云雾等 平流层特点（仅在平流层下部，温度才均匀一致，而上部温度是变化的） 1） 垂直对流不强，多为平流运动，速度大，下层大部分为西风，上层吹东风。 2） 水汽含量微小，无云与雾。尘埃很少，透明度很高。 3） 热平衡主要通过臭氧和空气的电离来调节。 大气温度及臭氧浓度分布图 (1) 舱内温度条件及要求（在满足人体热舒适性的前提下，重点了解飞行器舱内温度设计要求）
飞机上能否采用？蒸发温度由送风温度确定，冷凝温度由冷源确定；从节能角度考虑：蒸发温 度尽可能高，冷凝温度尽可能低。飞机上应用时：会考虑能耗，安装空间，重量，抗震等性能。 理想简单式：
理想升压式：
实际简单式：
简单式系统的应用： 1）风扇作为单纯耗能的负载，mig-21 2）风扇作为热交换器引射空气的增压源,F101 3）抽风并引射 4）排气
P47-48 舒适区范围 15-26 度；穿通风服 10-37 度 (2) 环控系统设计指标或考核依据？座舱热载荷 座舱热载荷：以坐舱为研究对象，当维持舱内温、湿度恒定时，单位时间内传入（或传出）的 净热量。 稳态热载荷，座舱与环境之间换热过程处于稳定状态时座舱空气所获得的净热流。 计算方法
蒙皮温度： T1
氧气面罩，氧气储存装置和面罩放在乘客头顶模块里面或者座椅背部里面；
救生衣，有黄色（乘客）和红色（机组），海上救生易于被发现；
逃生滑梯，为了避免火灾，里面充氮气或二氧化碳、氮气的混合体；乘客滑下的时候，不能带
尖锐物品。
复习提纲
1.环控系统的功能和任务？环控系统包括的主要内容？ 2.温度调节系统，外界大气温度的变化（对流层、平流层）；舱内温度 设计依据（按飞机标准）；加温系统；制冷系统； 3.制冷系统，空气循环制冷系统（原理，热力过程，COP 推导，设计方 案）；蒸汽循环制冷系统； 4.湿度调节系统，外界大气湿度的变化；舱内湿度设计；加湿方法；去 湿方法（高压除水、低压除水） 5.环控系统的参数匹配（习题和例题） 6.环控系统的性能代偿损失，当量质量法；起飞总质量法；当量阻力法。 7.高性能环控系统方案，B787；F22。 8.座舱空气品质及空气分配，空气品质的定义；旅客机空气分配系统方 案。 9.旅客机应急装置，应急装置有哪些。
增湿
强调 1）高压除水效率高 2）除水与涡轮型式无关 3）高压除水必有冷凝器-高压水分 离器组件
qm,sw
(dh
0.622
c pq,b pc c pq,b
)qm,h
(nnqn
npqp
)
增湿的方法和装置 1. 喷射器型增湿装置，通过压缩空气的引射，使水雾化，然后供入座舱增压空气管路以供入座 舱。 2.文氏管型增湿装置，利用压缩空气流经文氏管颈部时速度加快，气流动压与水压压差增大的 现象，使水变为细小的雾状水珠，进入空气并供入座舱。 3.电加热型增湿装置，利用电阻丝加热水，形成水蒸气，直接通入座舱增湿。 4.内/外混合气动喷射增湿装置（有文氏管），（内）利用压缩空气流经文氏管颈部时速度加快， 气流动压与水压压差增大的现象，使水变为细小的雾状水珠，进入空气并供入座舱。（外）利 用压缩空气流经文氏管颈部时速度加快，气流动压与水压压差增大的现象，使水变为细小的雾 状水珠，进入空气并供入座舱。 5.离心式增湿装置（有蒸发器），在蒸发器内，水箱供出的水和发动机压气机提供的热空气充 分混合，水被完全蒸发后供入座舱。 6.空气热型增湿（有蒸发器），在蒸发器内，水箱供出的水和发动机压气机提供的热空气充分 混合，水被完全蒸发后供入座舱。 5.环控系统的参数匹配 温度匹配法：P278-283 各点参数计算：
TH*
TH
1
r
k 1 Ma2 , Ma
2
2 。滞止温度：恢复温ຫໍສະໝຸດ Baidu是指气流在绝热的固
体表面上被滞止到零速度时的温度。 计算算例：r=0.9
模型计算法：1）飞机结构壁要已知；2）适用于飞机已经设计完成阶段 (3) 座舱加温方法（重点了解：每一种方法的特点）P135-141
1）旁路加温，由发动机或座舱增压器引出的热空气，从旁路绕过空气循环制冷系统的冷却涡轮 后冲压空气热交换器，对座舱进行加温。优点，简单可靠，应用场合广；缺点，需要相当高的 座舱余压；座舱增压器要有足够的压力； 2）电加温，一般作为飞机辅助的加温设备。优点，结构紧凑，质量小，适合于任何类型飞行器。 3）废气加温，带有纵向肋片的内管被发动机排出的废气加温。优点，结构简单，不消耗附加能 量；缺点，若内管气密性破坏可能会使燃烧产物流入座舱，还依赖发动机工作。 飞机温度调节系统 3.座舱制冷系统 什么是制冷？对物体进行冷却，使其温度低于环境温度，并维持这个低温。 理想卡诺循环：等温膨胀-等熵压缩-等温压缩-等熵膨胀 布雷顿循环（焦耳循环）：等熵压缩--等压冷却--等熵膨胀--等压加热 重点（由哪几个热力过程组成？热力循环图如何画？T-S 和 P-V 图系统性能系数会推导。） 1）相变制冷 2）可以采用少量工质获得所需冷量 3）性能系数大于 1（系统流程及热力过程会 描述） 蒸汽压缩循环