唐君

摘 要：現(xiàn)代化的飛行器要求座艙及設(shè)備艙必須能夠?qū)諝膺M(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證旅客和空勤人員在飛機(jī)上正常生活和工作，并且保證設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)飛行器日益向高空高速方向發(fā)展，對(duì)飛機(jī)的空調(diào)制冷要求就顯得更加迫切。

關(guān)鍵詞：空調(diào)；壓力制度；溫度控制；空氣制冷；除水

隨著科技進(jìn)步，飛機(jī)飛得越來(lái)越快，越來(lái)越高。高空缺氧氣低壓?jiǎn)栴}自然而然的顯現(xiàn)出來(lái)。早期飛機(jī)飛行高度低，速度小，所在高度層的空氣密度，溫度完全可以滿足機(jī)組人員和乘客的生存需要。而現(xiàn)在民航飛機(jī)飛行高度一般在9000米到11000米之間，位于對(duì)流層頂部和平流層底部，大氣穩(wěn)定，流動(dòng)很小，溫度甚至沒(méi)有變化。這些穩(wěn)定的參數(shù)多民航飛機(jī)的設(shè)計(jì)非常有利。但是，此區(qū)間空氣密度小，氣溫低，氧氣不足，氣溫低至恒溫的-56℃，氣壓也僅僅為20 kPa，根本無(wú)法滿足人類生存需要。對(duì)于機(jī)組人員和旅客生存保障而引入空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)的功用主要有：1）保證機(jī)組和乘客的正常工作條件和生活條件；2）對(duì)電子設(shè)備冷卻；3）控制貨倉(cāng)溫度壓力?？照{(diào)系統(tǒng)具體需要調(diào)節(jié)的大氣參數(shù)有：壓力、溫度、濕度、清潔度。

1 空調(diào)系統(tǒng)概述

談到空調(diào)，不得不提空調(diào)系統(tǒng)空氣來(lái)源，現(xiàn)代民航客機(jī)引氣來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)高壓級(jí)引氣（發(fā)動(dòng)機(jī)引氣）、地面氣源和APU引氣。引氣進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)之前，通過(guò)流量控制和關(guān)斷活門(mén)保證進(jìn)入管路的空氣流量恒定。同時(shí)，溫度、壓力也得到簡(jiǎn)單的控制，保證高溫不超預(yù)設(shè)溫度、高壓不超預(yù)設(shè)壓力。

高空巡航狀態(tài)的飛機(jī)引氣來(lái)源正常選擇只有發(fā)動(dòng)機(jī)引氣，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)之前其參數(shù)為，溫度400℉（205℃）上下、壓力僅僅保證不高于220PSI（15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣壓）。以波音737NG系列飛機(jī)為例，其引氣溫度在390℉到440℉（199℃到227℃），壓力160PSI到180PSI（11到12個(gè)大氣壓）之間。對(duì)于壓力而言，一是滿足人的生活生存需求；二是控制內(nèi)外壓差，防止過(guò)壓。由于引氣量通過(guò)引氣系統(tǒng)保證足夠且恒流量，現(xiàn)代飛機(jī)是對(duì)座艙壓力控制方法是控制排出氣量，達(dá)到氣壓在15PSI（一個(gè)大氣壓）左右，且不出現(xiàn)負(fù)壓，也就是說(shuō)控制排氣活門(mén)的開(kāi)度達(dá)到控制所需的氣壓。

2 壓力控制

空調(diào)系統(tǒng)壓力控制通過(guò)控制排氣活門(mén)開(kāi)度控制壓力，也就是控制排氣量。一般為了防止客艙氣壓低，我們要保證座艙壓力高度（座艙內(nèi)部氣壓所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力高度，高度越高，氣壓越低）不超過(guò)2400米（8000英尺）。并且當(dāng)座艙壓力高度達(dá)到3000米（10000英尺）時(shí)，應(yīng)有警告以防氣壓太低；同時(shí)，從舒適度上考慮，座艙高度上升變化率小于500英尺/分（152米/分）。下降變化率小于350英尺/分（107米/分）時(shí)；另外，防止飛機(jī)結(jié)構(gòu)損壞，還要限制內(nèi)外壓差，尤其避免飛機(jī)承受負(fù)壓差。達(dá)到以上的要求就要有一定的增壓規(guī)則，我們稱為壓力制度。壓力制度是壓力隨高度變化的規(guī)律，早期民航飛機(jī)采取三段式壓力制度，隨著電子式壓力控制器替代氣動(dòng)式壓力控制器，現(xiàn)代大型客機(jī)采取可以提供更為舒適的直線式壓力制度。我們將飛行分為五個(gè)階段：地面預(yù)增壓、爬升、巡航、下降、地面不增壓。

3 溫度控制

飛機(jī)的引氣是熱空氣，所以為了控制溫度，首先要制冷。制冷方式一般采取兩種，一種是早期飛機(jī)采用的蒸發(fā)循環(huán)制冷；一種是當(dāng)下主流飛機(jī)使用的蒸發(fā)循環(huán)制冷。前者采取閉環(huán)控制，制冷劑通過(guò)相變帶走熱量；后者采取開(kāi)環(huán)控制，制冷劑是空氣本身，通過(guò)對(duì)外做功降低熱量。

空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)的工質(zhì)是空氣，理論基礎(chǔ)是逆布雷頓循環(huán)，通過(guò)高壓引氣對(duì)外做功降低內(nèi)能制冷。理論上由四個(gè)熱力學(xué)過(guò)程組成：一是絕熱壓縮，此過(guò)程理論上沒(méi)有能量交換，實(shí)際過(guò)程中熵的增加也不是很多，所以我們也稱為等熵壓縮；二是等壓冷卻，此過(guò)程顧名思義，維持壓力不變，溫度降低；三是絕熱膨脹；四是等壓吸熱。

空氣循環(huán)制冷相比蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢(shì)：1）空氣循環(huán)制冷利用空氣為冷卻介質(zhì)無(wú)毒無(wú)害，容易獲取。且制空氣在作為工質(zhì)時(shí)始終是氣態(tài)，不產(chǎn)生相變，同時(shí)，空氣又是取之不盡用之不竭經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；2）空氣循環(huán)機(jī)工作溫度限制小，可達(dá)到-50℃甚至更低；3）空氣循環(huán)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件少可靠性高，空氣作為制冷劑，無(wú)毒無(wú)害無(wú)需任何處理。封嚴(yán)要求并不苛刻，所以空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)在實(shí)際工作中維護(hù)工作量低；4）由于現(xiàn)代民航飛機(jī)可以提供的氣壓具有高溫高壓的特性，沖壓空氣通過(guò)沖擊渦輪對(duì)外做功降溫，對(duì)空氣循環(huán)機(jī)的使用提供了有利的條件。

4 空調(diào)系統(tǒng)除水和空氣清潔

空調(diào)除水系統(tǒng)是空調(diào)系統(tǒng)很重要的一個(gè)組成部分，水的存在最重要的隱患就是當(dāng)空氣循環(huán)機(jī)冷卻之后，氣溫降至0℃以下，容易結(jié)冰堵塞管路；其二就是微生物腐蝕；其三是對(duì)重要電子設(shè)備的腐蝕。空調(diào)除水系統(tǒng)一般分為低壓除水系統(tǒng)和高壓除水系統(tǒng)，低壓除水就是在引氣離開(kāi)渦輪后除水；高壓除水系統(tǒng)是引氣進(jìn)入渦輪之前除水。低壓除水系統(tǒng)一般要求渦輪出口溫度要高于0℃，以防止除水前結(jié)冰?，F(xiàn)在民航飛機(jī)已經(jīng)淘汰這種技術(shù)，僅僅應(yīng)用于早期研制的飛機(jī)上，如波音B737-600、737CL、747，空客A300、A310等。

空氣清潔主要采取兩種方式，這兩種方式也是并存的：一是采取氣濾，利用空氣中污染顆粒通過(guò)多層狹小縫隙后，空氣可以通過(guò)，污染物不能通過(guò)達(dá)到清潔的目的；二是利用空氣流動(dòng)方向的急速改變，使雜質(zhì)與空氣分離，有百葉窗式和螺旋式。

5 不足與展望

飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的核心問(wèn)題是制冷，制冷技術(shù)的不斷探索和優(yōu)化推動(dòng)飛機(jī)空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)后，空氣循環(huán)制冷技術(shù)已經(jīng)十分成熟，與高壓除水系統(tǒng)的結(jié)合使飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入嶄新的一頁(yè)。由于空氣循環(huán)機(jī)制冷效率不能完全滿足需求，三級(jí)ACM機(jī)還不能擺脫散熱器的幫助。散熱器直接與外界接觸，當(dāng)今中國(guó)人倍受PM2.5考驗(yàn)的同時(shí)。航空器空氣循環(huán)機(jī)散熱器也因?yàn)榇娣e大量PM2.5而成為主要的故障源。另外，渦輪的運(yùn)轉(zhuǎn)和沖壓冷卻空氣的流入流出產(chǎn)生很大的噪音。即使使用空氣軸承后，降噪效果明顯，但空調(diào)系統(tǒng)噪音依然是飛機(jī)停場(chǎng)后最大的噪音源。

參考文獻(xiàn)：

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