ME-3-12-6-3飞机空调系统

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ME-3-12-6-3飞机空调系统

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机电学院  张铁纯
飞机空调系统

第一节 空调系统概述

一、大气物理特性
指大气的压力和温度随高度变化而变化的规律:
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标准大气压力随高度变化的规律(红线）

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标准大气温度随高度变化的规律(黄线)

标准大气

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标准大气是由权威性机构颁布的一种“模式大气”，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；

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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；

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标准大气是作为校准飞机航行仪表和比较飞机性能的 依据；

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通用的国际标准大气的主要内容包括：.
大气是静止的，空气是干燥洁净的理想气体；

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海平面大气物理属性的主要常数：.
温度 t0 =15℃（T0 =288.15K）

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空气密度 0 =1.225kg/m3

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空气压力 p0 =101,325Pa （760mmHg）

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音速 a0 =340.294m/s

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标准重力加速度 g0 =9.80665m/s2

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干空气的气体常数 R=287.05278J/K·kg
高度
温度
压力
密度


二、高空环境对人体生理影响

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高空缺氧 随着飞行高度的增加，大气压力下降，在大气中氧分 压和肺泡空气中的氧分压也会相应降低，血液中的氧 气饱和度就减少，机体组织细胞得不到正常的氧气供 应，人身体出现各种不适情况：头痛、反映迟钝、听 觉不灵、视力衰退、情绪不安、嘴唇指甲甲发紫等；

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低压的危害 随着大气压力的降低，人体会出现高空胃肠气胀和高 空减压症；


当高度增加到19.2km时，大气压力降到47mmHg，此 压力下，水的沸点为37℃，即人体体温；在此压力 下，人体体液沸腾，导致组织肿胀，人体损伤，此现 象航空医学称之为高空减压症。


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压力变化率和爆炸减压的危害.
压力变化率太大，会产生耳鸣、晕眩、恶心；

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人体对压力增加速率过大更为敏感，所以飞机下降时，耳疼 较严重。

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爆炸减压，座舱在高空突然失密的情况下，压力变化率极 大，对人体产生极大危害。

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发生爆炸减压事故后的安全措施，.
迅速将飞机下降到4,000m左右的安全高度；

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尽快使用氧气设备。

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温度和湿度的影响：.
环境温度和湿度对人体的温度和水分的平衡影响很大：

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人体适宜温度为15-25 ℃；

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湿度对人体影响主要是干燥，需供应饮料；

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其他影响因素：.
空气清洁度，

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密封舱通风。
三 空调系统的功用

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飞机座舱空调系统在各种不同的飞行状态和外界条件下， 使飞机的驾驶舱、旅客舱、设备舱及货舱具有良好的环境 参数，以保证飞行人员和乘客的正常工作条件和生活环 境、设备的正常工作及货物的安全；

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民用客机是以保证座舱内的舒适性为目的的，空气调节主 要保证客舱内的微气候条件在舒适范围之内。

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气密座舱（增压舱）技术

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它是将飞机座舱密封，然后给它供气增压，使舱内压力大 于外界大气压力，并对座舱空气参数进行调节，创造舒适 的座舱环境，以满足人体生理和工作的需要。

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气密座舱的环境参数：.
温度

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压力

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压力变化率

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通风量


机
型
最大巡航高度
座舱高度
座舱余压
座舱高度
变化率


温 度 控 制 活 门

制冷 组件

混合室

座舱

温度
控制器

人工控制电门
温度选择器
压力控制器
座舱 舱高度 余
高度 变化率 压

第二节 气源系统

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气源系统功用：.
向座舱提供增压气源，并对供入的空气进行 压力、流量及温度的控制，然后经空调组件 调节其温度、压力等参数后供入座舱，

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发动机或机翼前缘等的防冰加温；

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水系统、液压系统增压等。

气源类型：.
发动机压气机引气

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增压器引气

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APU引气

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地面气源车

一、发动机引气

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气源引自涡轮风扇发动机的压气机

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引气部位.
低压级引气

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高压级引气

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目的：.
为了减少对发动机功率的损耗，现代客机采用两级引气

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低压级引气不足时，可以用高压级引气进行补充，此时低压级 有单向活门，防止反流。
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交输供气：.
由交输活门控制，装在两套系统的中间管道上；

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用途：.
任何一台发动机引气可供任一路空调系统工作；

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启动发动
缺点：.
污染气源；

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对发动机性能有影响（功率损失）。

二、增压器引气
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利用发动机气源作动力驱动压气机

利用发动机齿轮箱变速器带动增压器：.
离心式

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容积式

三、气源系统的调节与控制

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引气压力调节装置——压力调节和关断活门.
功用：.
引气开关，

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可保持出口压力一定（为可控制的定值减压阀）

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流量控制活门.
组成：文氏管+调压器（组件活门）

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原理：

利用调压器感受喉部压力和进口压力，进行比较，控 制活门开度，调节气体流量。
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文氏管特性：.
当P2 /P1 ≤0.528时，V2 为音速，音速阻塞现象;

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当P2 /P1 >0.528时，为亚音速流动，流量随P2/P1的增加而减小。
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流量控制活门可以根据不同的情况控制流向下游的空 气量。

第三节 温度控制系统

空气循环式座舱温度控制基本原理：
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温度控制器接受预定温度，管道预感器温度和管道供气极限 温度及座舱实际温度进行比较，输出偏差电流，经变换放大 后，驱动温度控制活门，改变冷热路流量对比而控制温度。

温 度 控 制 活 门

制冷 组件

混合室

座舱

温度
控制器

人工控制电门

温度
选择器

压力控制器
座舱 舱高度 余
高度 变化率 压
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温度控制系统主要附件：.
温度控制活门.
单活门式：活门只安装在热路上；

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双活门式：马达同时驱动两个活门，两个活门运动方向相 反
电子式温度控制器（惠斯登电桥原理）：.
温度电桥，利用预定温度和实际温度的偏差，自动调节温 度控制活门开度，改变冷热路空气流量对比，控制座舱温 度

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温升速率电桥，其作用是感受供入座舱空气的温度变化 率，以控制温度控制活门的开启、关闭的速度，从而减小 超量量，防止出现温度波动。

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极限温度控制电桥：作用是感受供入座舱的空气温度，与 预定最高极限温度比较，当达到预定极限温度值时，输出 信号使温控活门向全冷方向转动，以确保安全。
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制冷组件：.
蒸发循环制冷装置
空气循环制冷装置

电桥原理

制冷组件

蒸发循环制冷
利用制冷剂（冷媒）状态的变化完成热量的转移！
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热膨胀阀


感受蒸发器出口处的氟利昂温度，控制可变节流口从而自 动调节喷出的氟利昂量，以使蒸发器在最佳状态工作，控 制最有效的制冷效果。

空气循环制冷系统.
制冷原理：.
利用冲压空气或风扇形成的冷气流对热空气 进行热交换而降温，并利用热空气在冷却涡 轮中膨胀作功而降温
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系统基本组成：.
热交换器

涡轮冷却器
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涡轮冷却器类型.
涡轮风扇式

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涡轮压气机式

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涡轮压气机风扇式

涡轮风扇式


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工作原理：热空气先经过热交换器降温，而后送入涡轮冷却器的涡轮 膨胀作功，消耗增压空气内能，使温度进一步降低。涡轮带动的风扇 抽吸冷却空气通过热交换器，提高热交换效率。
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缺 点：高空制冷效率低

涡轮压气机式

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工作原理：


压气机使由一级热交换器来的空气温度压力升高，之后经过二级热交换 器散热，最后进入涡轮剧烈膨胀作功，制冷效果好。
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缺点：在地面开车和滑跑时散热差，帮需加单独的地面散热风扇。

涡轮压气机风扇式
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集前两种系统优点于一身，散热效率高

空气循环制冷装置系统组成
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空气清洁器

水分离器

水分离器温度活门（除/防冰）

活塞式飞机空调加温系统

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功用：.
将外界环境空气进行加温之后送入客舱，用于小型飞机或早期飞机。

形式.
废气加温套筒式加温器；

燃烧加温器。
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维护注意事项：.
座舱内应安装CO探测器；

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经常进行探伤检查：将排气管拆下，充气后放入水中检查渗透情况。

第四节 压力控制系统

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压力控制原理：控制座舱排气量；.
绝对压力 放气活门开度的大小

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压力变化率 放气活门开关的快慢

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余压 监控信号

座舱压力制度.
飞行过程中，座舱压力（座舱高度）随飞行高度（或外界大气压力）的变化 规律。

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类型：.
三段式

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直线式

气动式座舱压力控制器

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传感器：.
真空膜盒：座舱绝对压力高度传感器；

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开口膜盒：余压传感器；

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带节流孔开口膜盒：座舱高度压力变化率传感器
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缺点：.
在等余压调节段，在飞机爬升过程中，由于气动式压力调节器本身的缺陷，不 能进行压力变化率的调节。

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仅适用用于低空飞机


电子式座舱压力控制器

压
力
控
制
器

马达
(交流/直流)


放气活门
(开/关及速率)

环境压力
座舱压力
巡航高度
着陆高度
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原理：.
采用微处理机控制部件，输出电信号给马达， 通过马达控制放气活门的开关以及开关的速 率。

现代民航客机飞行高度/座舱高度制度

工作程序

飞机起飞前，按要求设定场压、场温、巡航高度、着陆机场高度等参数。

飞行阶段
控制程序
控制方法
放气活门位置

A点
不增压程序
飞行电门在“地”位
起落架空地电门在“地”位
放气活门全开

B－C段
预增压程序
飞行电门在“飞行”位
起落架空地电门在“地”位
放气活门由全开关小到一定位置

C－D段
爬升程序
飞行电门在“飞行”位
起落架空地电门在“AIR”位
放气活门随飞行高度增加逐渐关小

D－E段
巡航程序
巡航程序执行等压余压控制
放气活门关到最小开度

E－F段
下降程序
飞行电门在“飞行”位
起落架空地电门在“AIR”位
放气活门放气活门逐渐开大

F－G段
预增压程序
飞行电门在“飞行”位
起落架空地电门在“地”位
放气活门开到保证舱内的预增压压力

停机点
不增压
飞行电门在“地”位
起落架空地电门在“地”位
放气活门全开位



第五节 空调系统维护

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座舱增压系统工作检查：.
压力调节器工作检查；

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释压活门、内释压活门工作检查；

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座舱气密性检查，动压试验；

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座舱完整性强度检查，静压试验。.
动压试验：


给座舱增压到规定的压力后，停止增压，用压力表测定在规定时间间隔内压力 的下降数值是否在维护手册规定的范围内，以检查座舱气密性。
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静压实验：


给座舱增压到规定的实验值，并保持压力稳定，观察飞机蒙皮外部有无裂纹、 变形、凸起，铆钉是否有变形松动等情况。
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座舱增压故障查找：.
故障分析图表：在飞机维护手册中给出的一种图表，该图表给出了常见故 障的可能原因、查找程序和排除方法。

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故障分析图表使用方法：

1.
在表中找出与系统发生实际故障最接近、最类似的故障现象及原因；

2.
在表中所列查找程序逐个完成查找程序，直到发现故障为止；

3.
按表中所列方法进行排除故障。

第六节 货舱加温及电子设备舱的冷却

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货舱加温.
货舱加温的目的是保持机身下的货舱温度高于结冰温度，防止冻坏货 物。

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现代客机的货舱采用座舱排气进行加温：

客舱内的空气在客舱内吸收热量之后，通过客舱侧壁的脚部格栅排 出，这些空气流过货舱侧壁，防止货舱由于受外界空气温度的影响而 导致其温度过低，然后这些空气由座舱增压系统的排气活门抽吸，经 后货舱壁板处排出机外。
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电子设备冷却.
电子设备能在高于人体所能承受的环境温度下可靠地工作；

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电子设备舱的排气温度为38—71oC时，电子设备的工作不会出现异常 情况；

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为减少发动机的引气量、减小制冷系统的工作负荷，现代大型客机普 遍采用座舱排气对电子设备进行冷却：

客舱排气流经电子设备后，由风扇抽吸进入导管内，部分导管构成设 备架。这些管路系统构成了风扇的进口气路，在进口气路上装有两个 风扇，其中一个风扇中飞机上电后连续工作，若主风扇故障时，备用 风扇工作，以保证电子设备的冷却系统正常工作。

MEUN
RETURN

EXIT

AUDIOCONTROLS

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