飞机座舱环境控制系统讲解

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1、第六章 座舱环境控制系 统 6.1. 座舱环境控制系统概述 6.1.1. 飞机座舱环境控制系统的的基本 任务 n飞机座舱环境系统的基本任务，是使飞 机的座舱和设备舱在各种飞行条件下具 有良好的环境参数，以满足飞行人员、 乘客和设备的正常工作条件和生活条件 。 n座舱环境参数主要是指座舱空气的温度 和压力、以及它们的变化速率，还包括 空气的流量、流速、湿度、清洁度和噪 声等。 6.1.2. 大气物理特性及其对人体 生理的影响 大气物 理特性 主要是 指大气 的压力 和温度 随高度 的变化 规律. 二、大气压力对人体生理的 影响 n大气压力随高度增加而降低，它给飞 行带来的主要困难是缺氧和低压；此

2、 外，压力变化速率太大 也会对人生理 造成严重危害. n高空减压症主要有如下三种形式: n高空气胀 n皮肤组织气肿 n高空栓塞 三、压力变化速度和爆炸减压的危 害 n飞机急剧上升或下降时，由于大气压 力在短时间内变化大,飞机座舱压力 也相应变化迅速， 引起人体肺腔，腹 腔和耳腔等器官的疼痛。 四.大气温度和湿度变化对人体的影 响 五.其它环境参数对人体的影响 6.1.3. 克服空中不利环境的技术 措施 由于在高空存在缺氧、低压、低温等不 利情况，为保证在高空中人员的安全和舒适 ，须采取一定的技术措施。 一供氧装置: 二气密座舱（又称增压座舱） n气密座舱的主要作用有 n 使座舱气压增高，以保证

3、机上人员有足 够的氧气分压，满足人体对氧气的生理需要 。使机上人员不发生由于周围气压过低而导 致高空减压症（即对座舱压力进行控制）。 n 使座舱便于加温或冷却，以保持最适当 的温度（即对座舱温度进行控制） 6.1.4. 气密座舱的型式 一大气通风式气密座舱（适于 20- 25KM 以下高度） n二再生式（自主式）气密座舱（适 于25KM以上高度） 6.1.5. 气密座舱的环境参数 n座舱温度 根据航空医学要求，最舒适的座 舱温度为20-22C，正常保持在15- 26C的舒适区范围内。 座舱地板和内壁温度基本上应保 持与舱内温度一致，内壁的温度应高 于露点，使其不致蒙上水汽。 座舱高度 n座舱压

4、力也可以用座舱高度表示。座舱高度 是指座舱内空气的绝对压力值所对应的标准 气压高度。一般要求飞机在最大设计巡航高 度上，能保持大约2,400米（8,000英尺）的 座舱高度这样，在气密舱内可以不必使用氧 气设备飞行。 n现代一些大中型飞机上，当座舱高度达到 10,000英尺（相当于3,050米）时，通常设 有座舱高度警告信号，向机组成员发出警告 ，表示座舱压力不能再低，此时必须采取措 施增大座舱压力。 座舱余压 座舱内部空气的绝对压力与外部大气 压力之差就是座舱空气的剩余压力，简 称余正常况下，余压值为正，但在某些 特殊情况下，也可能会出现负余压。飞 机所能承受的最大余压值取决于座舱的 结构强

5、度。飞行中飞机所承受的余压值 与飞行高度有关。 座舱高度变化率 n单位时间内座舱高度的变化速率称为座舱高 度变化率，它反映的是座舱内压力的变化速 度。 n在爬升或下降过程中，由于其飞行高度的变 化，以及座舱供气流量的突然变化，都可能 导致座舱压力产生突变。座舱压力对时间的 变化率称为座舱压力变化率。飞机升降速度 较大，即外界压力变化速率较大时，舱内压 力变化的幅度应当较小，并具有比较缓和的 变化率。现代大中型民航客机通常限制座舱 高度爬升率不超过500ftmin（英尺/分） ，座舱高度下降率不超过350ftmin（英尺 /分）。 6.2. 气源系统 气源系统的功用是提供具有一定的 流量、压力和

6、温度的增压空气，以保证 座舱温度控制和增压控制。 6.2.1. 现代大中型民航客机气源系 统 n飞机正常飞行时的气源是由发动机压 气机引气提供的，一旦一台或两台发 动机引气系统失效时，在一定飞行高 度下可由 APU 供气，有的飞机在起飞 阶段也使用 APU 引气进行空气调节， 以减轻发动机在起飞过程中的负荷。 n双发发动机飞机一般有两个独立的引 气系统，中间由隔离活门隔断，需要 时两系统可以连通。APU 引气通过引 气关断活门和单向活门引气到气源总 管。在隔离的一侧或两侧设有地面气 源接头。 现代喷气客机增压气源 来自发动机压气机的引气经过调 压关断活门（PRSOV），它主要有三个 作用： n

7、 限制活门下游压力 n 限制下游温度 n 提供引气关断功能。 PRSOV 通过调节活门的开度，控 制下游的压力，下游最大压力一般控 制在 40-50PSI（磅/平方英寸）。 n PRSOV活门及控制器本身并不具有专门的 限温装置，它的限温控制是通过减小 PRSOV活门的开度来实现的。当预冷器下 游（热路）温度过高时，PRSOV活门会逐 渐关小。随着PRSOV活门的逐渐关小，通 过此活门的流量也随之逐渐减小，使流 经预冷器的热空气流量减小，而相对来 讲，预冷器的冷却空气流量增大，使热 空气在预冷器内得到更充分的冷却，因 此可以阻止热空气温度的进一步升高， 以达到限温的目的。 n当引气过热（或超压

8、时）时，系统中的 过热电门（或超压电门）可将过热信号 传给PRSOV控制器，以实现在引气过热时 自动关断。PRSOV也可以人工关断。 预冷器系统的作用是限制引气温度 ，防止高温损伤引气管道附近的相邻部 件。因此预冷器属于空气/空气式热交换 器，它的冷却空气来自发动机风扇空气 ，热路空气是发动机压气机的中压级或 高压级引气。预冷器控制活门传感器将 预冷器下游的温度信号传给预冷器控制 活门，预冷器控制活门将根据此传感器 的信号调节活门的开度，通过调节冷却 空气（发动机风扇空气）的流量来限制 预冷器下游发动机引气的温度。 6.2.2. 其它形式的压力源 n机械驱动增压器 活塞式发动机内的增压器为座舱

9、 增压提供了最简单的方法。通过增压 器向气缸输送的压缩空气的总管中引 出空气。这种装置只能在发动机汽化 器是装在增压器下游时使用。如图6-7 所示，发动机曲轴，通过齿轮带动增 压器叶轮转动，从而提供引气。 图6-8是另一种类型的增压器，它 将发动机曲轴转动通过皮带轮传 送到增压叶轮，而此叶轮可抽吸 外界空气作为增压气源。 废气驱动涡轮增压器 单独的座舱压缩机主要用于 燃气涡轮发动机 6.3. 座舱空气调节系统 n座舱空调系统的主要作用是：控制 通往座舱空气的流量、调节温度、 排除空气中过多的水分，最后将空 调空气分配到座舱的各个出气口。 座舱空调系统主要由冷却系统、冲 压空气系统、温度控制系统

10、、再循 环系统和分配系统等几个子系统组 成。 6.3.1. 流量控制 n流量控制活门用于控制通往空调组件的空气 流量，它还可以起到组件关断的作用。 6.3.2. 空气循环冷却系统 空气循环冷却系统的作用是使用 冷却装置（涡轮冷却器和热交换器） ，使高温引气冷却，形成冷路空气。 一空气循环冷却系统的类型 n涡轮风扇式（或涡轮通风式）冷却系 统 涡轮风扇式冷却系统由热交换器、 冷却涡轮和风扇组成 涡轮压气机式（或升压式）冷却 系统 涡轮压气机式冷却系统由两级热 交换器，压气机和涡轮组成的涡轮冷 却器组成。热交换器和涡轮冷却器都 是冷却装置。 升压式冷却系统早期在英美飞机 上，尤其在旅客机上获得较广

11、的采用 。因为：早期发动机压气机的密封装 置不够完善，直接从发动机压气机引 气不能解决污染问题。有时采用专用 座舱增压器，其增压比小，故往往采 用升压式冷却系统。 n现代喷气式飞机上用发动机压气机作为增压供 气源的情况下，亦可采用升压式冷却系统。 n 在高空，发动机压气机出口压力较低，为保 证座舱增压，升压式冷却系统可部分解决这个 问题。 n 在高速飞行条件下，由于其涡轮膨胀比可比 涡轮通风式冷却系统大。故其制冷能力亦大。 n 在相同制冷能力下，升压式冷却系统的供气 压力或引气量可以较小，故对飞机性能代偿损 失小，使发动机耗油小，经济性好。 n 升压式冷却系统的涡轮运转平稳，不像涡轮 通风式冷

12、却系统的涡轮转速变化大。涡轮寿命 长。 n升压式系统的缺点:飞机在地面停机状 态下或起飞滑跑时，由于两只热交换 器缺乏冲压空气，而使系统制冷能力 很小。而涡轮通风式冷却系统的冷却 空气被冷却涡轮所驱动的风扇推动， 故仍有良好的制冷能力。 n解决方法：采用专用的通风风扇，电 机传动或空气涡轮驱动，当飞机在地 面停机状态或起飞滑跑时，抽吸冷却 空气。另外可采用发动机压气机直接 引气的引射器，用以引射冷却空气。 涡轮压气机风扇式（三轮式）冷却 系统 n现代飞机大多采用空气循环冷却系统，升 压式冷却系统的缺点是地面冷却能力差； 而涡轮通风式冷却系统，地面虽有冷却能 力，但其循环效率低。为了提高空气循环

13、 效率，出现了把升压式和涡轮通风式组合 起来成为一个升压涡轮通风式组合冷却 系统。 n这种系统冷却装置的特点是：涡轮用以驱 动一根轴上的冷却空气风扇和升压式压气 机，所以该系统又名三轮式冷却系统。 三轮式冷却系统，既吸收了升压 式系统的优点：供气小，节省功率； 又吸收了涡轮通风式系统的优点：地 面有冷却能力。并且，由于升压式压 气机吸收了涡轮功率的主要部分（85% 左右）， 故也可防止冷却装置的超速 。这是升压式系统和涡轮通风式系统 的自然发展，它在现代民航客机上获 得了广泛的应用。 引气流量控制活门一级热交换器压气机二级 热交换器再加温器（热端）冷凝器（热端） 除 水器再加温器（冷端）涡轮冷

14、凝器（冷端） 冷路空气出口 二座舱湿度控制 飞机在高空飞行时，外界大气湿度较 低。但在地面或低空飞行时，外界大气湿 度过高，会使座舱内滴水，产生雾汽，座 舱风挡上产生水雾，导致系统结冰，还会 使空气循环冷却系统的制冷能力降低。所 以现代民航客机一般都装有去湿装置，以 保证供给座舱和设备舱的空气不含有游离 水分。 一般在空气循环冷却系统中都利 用水分离器（或称除水器）进行除水 。水分离器的作用是分离、收集和除 去空气中过多的水分。水分离器可装 在涡轮冷却器冷却涡轮上游的高压段 ，也可装在涡轮下游的低压段。 n将水分离器装在涡轮上游的高压段的 叫高压除水； n装在涡轮下游的低压段的叫低压除水 。

15、n低压除水 在空调系统中，一般涡轮进口之前 的压力称为高压，而涡轮出口之后的压 力称为低压。这是因为在涡轮进口之前 的气体是经过压缩机增压后的气体，而 气体流过涡轮后膨胀作功，其压力和温 度都降低。低压除水即在涡轮出口之后 管路上安装水分离器进行除水。低压除 水主要用于中小型飞机。 n高压除水 高压除水的效率较高，因而多用 于大型客机空调系统。由于高压除水 使空气进入冷却涡轮之前已经进行了 除水处理，流经涡轮的就是干燥的空 气，因此可防止涡轮冷却器结冰。 引气流量控制活门一级热交换器 压气机二级热交换器再加温器 （热端）冷凝器（热端）除水器 再加温器（冷端）涡轮冷凝器 （冷端）冷路空气出口 n 高压除水效率高，低压除水效率低。低压除 水还有其它缺点: n（1）流阻大，使涡轮出口反压高 n（2）低压水分离器的凝聚网易堵塞，要经常装拆 维修保养；而高压除水可以消除这些缺点。 n 高压除水机理与低压除水不一样，高压除水 是在冷凝器中凝结出水分，它已变为较大的水滴 ，所以不需要凝聚网袋，并且易于从空气中分离 出来，高压除水效率一般可达9598。在同样 的温度条件下，压力高的湿空气中所能含有的水 蒸汽量就少，其余凝结出水分来，所以压力愈高 ，凝结出的水分愈多，分出的水分也愈多，从而 使空气中所含的水蒸汽量大大减少，这样可使涡 轮出口允许温度大大降低，在