WikiDer > Система экологического контроля

Environmental control system
Эта статья о системах на самолетах. Для систем на космических кораблях см. Система жизнеобеспечения.
Панель управления для Боинг 737-800 ECS

В система экологического контроля (ECS) самолет обеспечивает подачу воздуха, терморегуляцию и герметизация кабины для экипажа и пассажиров. Авионика охлаждение, обнаружение дыма и пожаротушение также обычно считаются частью системы экологического контроля воздушного судна.

Обзор

Описанные ниже системы относятся к текущему производству. Боинг авиалайнерах, хотя детали практически идентичны для пассажирских самолетов из Airbus и другие компании. Исключением было Конкорд у которого была установлена ​​дополнительная система подачи воздуха из-за большей высоты, на которой он летел, а также немного более высокого давления в кабине, которое он использовал.

Подача воздуха

Основная статья: Стравить воздух

На лайнеры, воздух подается в ECS за счет кровоточил из компрессор этап каждого газотурбинный двигатель, перед камера сгорания. В температура и давление этого стравить воздух варьируется в зависимости от того, какая ступень компрессора используется, а также от настройки мощности двигателя. Запорный клапан, регулирующий давление в коллекторе (MPRSOV), ограничивает поток по мере необходимости, чтобы поддерживать желаемое давление для последующих систем.

Определенное минимальное давление подачи необходимо для прогона воздуха через систему, но желательно использовать как можно более низкое давление подачи, поскольку энергия, которую двигатель использует для сжатия отбираемого воздуха, недоступна для приведения в движение, а расход топлива страдает. . По этой причине воздух обычно забирается из одного из двух (или в некоторых случаях, например, из Боинг 777, три) выпускные отверстия в разных местах ступеней компрессора. Когда двигатель работает под низким давлением (малая тяга или большая высота), воздух забирается из выпускного отверстия с самым высоким давлением. Когда давление увеличивается (больше тяги или уменьшается высота) и достигает заданной точки перехода, запорный клапан высокого давления (HPSOV) закрывается, и воздух отбирается из порта более низкого давления, чтобы минимизировать потерю топливных характеристик. Обратное происходит при снижении давления в двигателе.

Для достижения желаемой температуры отбираемый воздух пропускается через теплообменник называется предохладитель. Воздух, забираемый из вентилятора двигателя, проходит через предохладитель, расположенный в двигателе. стойка, и поглощает избыточное тепло от отбираемого служебного воздуха. Регулирующий воздушный клапан вентилятора (FAMV) изменяет поток охлаждающего воздуха для регулирования конечной температуры воздуха, отбираемого для обслуживания.

Блок холодного воздуха

Основным компонентом для работы «блока холодного воздуха» (CAU) является «Машина воздушного цикла"(ACM) охлаждающее устройство. Некоторые самолеты, в том числе ранние Боинг 707 самолет, подержанный парокомпрессионное охлаждение как то, что используется дома Кондиционеры.

ACM не использует Фреон: воздух сам по себе хладагент. ACM предпочтительнее устройств с паровым циклом из-за меньшего веса и требований к обслуживанию.

Большинство лайнеров оборудованы «рюкзаками», что означает прессуризация Аir Cкондиционирование Kэто.[нужна цитата] Расположение блока (ов) кондиционирования воздуха (A / C) зависит от конструкции самолета. В некоторых конструкциях они устанавливаются в «обтекателе крыла к корпусу» между двумя крыльями под фюзеляж. На других самолетах (Дуглас Эйркрафт DC-9 серии) Пакеты A / C расположены в хвостовой части. Самолет упаковывается на Макдоннелл Дуглас DC-10/MD-11 и Локхид L-1011 расположены в передней части самолета под кабина экипажа. Практически все лайнеры имеют по две упаковки, хотя более крупные самолеты, такие как Боинг 747, Локхид L-1011, и McDonnell-Douglas DC-10 /MD-11 есть три.

Количество отбираемого воздуха, поступающего в блок A / C, регулируется «клапаном управления потоком» (FCV). На каждую пачку устанавливается один FCV. Нормально закрытый «стопорный клапан» предотвращает попадание воздуха из левой системы выпуска воздуха в правый блок (и наоборот), хотя этот клапан может быть открыт в случае выхода из строя одной спускной системы.

После FCV находится блок холодного воздуха (CAU), также называемый холодильной установкой. Есть много различных типов CAU; однако все они используют типичные основы. Отобранный воздух поступает в первичный «теплообменник набегающего воздуха», где он охлаждается набегающим воздухом, расширением или их комбинацией. Затем холодный воздух поступает в компрессор, где повышается давление, нагревая воздух. Проход через вторичный «теплообменник набегающего воздуха» охлаждает воздух, поддерживая высокое давление. Затем воздух проходит через турбину, которая расширяет воздух, чтобы еще больше уменьшить тепло. Подобно турбонагнетателю, компрессор и турбина находятся на одном валу. Энергия, отбираемая из воздуха, проходящего через турбину, используется для питания компрессора. Затем воздушный поток направляется в подогреватель, прежде чем он проходит в конденсатор, чтобы быть готовым для отбора воды с помощью экстрактора воды.

Затем воздух направляется через водоотделитель, где воздух движется по спирали по своей длине, а центробежные силы заставляют влагу выбрасываться через сито к внешним стенкам, где она направляется в канализацию и выбрасывается за борт. Затем воздух обычно проходит через коагулянт водоотделителя или носок. Носок удерживает грязь и масло из отбираемого от двигателя воздуха, чтобы воздух в салоне был более чистым. Этот процесс удаления воды предотвращает образование льда и засорение системы, а также предотвращает запотевание кабины и кабины при работе на земле и на малых высотах.

В случае САУ с начальной загрузкой при температуре ниже нуля влага извлекается до того, как она достигнет турбины, так что могут быть достигнуты температуры ниже нуля.

Температура воздуха на выходе из блока регулируется посредством регулирования потока через «систему набегающего воздуха» (ниже) и регулирования «клапана регулирования температуры» (TCV), который обходит часть горячего отбираемого воздуха вокруг ACM и смешивает его. с холодным воздухом после турбины ACM.

Пневматическая система Ram

«Впускное отверстие для набегающего воздуха» представляет собой небольшой воздухозаборник, обычно расположенный на «обтекателе от крыла к корпусу». Почти на всех лайнерах используется регулируемая заслонка на впуске набегающего воздуха для регулирования количества охлаждающего воздуха, проходящего через первичный и вторичный теплообменники набегающего воздуха.

Для увеличения возврата набегающего воздуха почти на всех лайнерах используются регулирующие лопатки на выпуске набегающего воздуха. «Вентилятор набегающего воздуха» в системе нагнетания обеспечивает поток набегающего воздуха через теплообменники, когда самолет находится на земле. Почти все современные самолеты с неподвижным крылом используют вентилятор на общем валу с ACM, приводимый в действие турбиной ACM.

Распределение воздуха

Отработанный воздух агрегата кондиционера направляется в герметичный фюзеляж, где он смешивается с отфильтрованным воздухом от рециркуляционных вентиляторов и подается в «смесительный коллектор». Почти на всех современных лайнерах воздушный поток составляет примерно 50% «наружный воздух» и 50% «фильтрованный воздух».

В современных лайнерах используется «высокоэффективный улавливатель твердых частиц». HEPA фильтры, которые задерживают более 99% всех бактерии и сгруппированы вирусы.

Воздух из «смесительного коллектора» направляется в верхние распределительные форсунки.[1] в различных «зонах» самолета. Температуру в каждой зоне можно регулировать путем добавления небольшого количества «воздуха для обрезки», который представляет собой воздух с низким давлением и высокой температурой, отводимый от блока A / C перед TCV. Воздух также подается в отдельные «газовые» форточки.[а] Вращающийся регулятор на вентиляционном отверстии можно повернуть, чтобы отрегулировать вентиляцию между полным отсутствием выхода воздуха и довольно сильным ветерком.

Вентиляция Гаспера над пассажирскими сиденьями Боинг 737-800

Гасперс[а] обычно получают свой воздух из блоков A / C на борту самолета, которые, в свою очередь, получают сжатый чистый воздух из ступеней компрессора самолета. реактивные двигатели или когда на земле с Вспомогательная силовая установка (ВСУ) или наземный источник. В кабине находится главный пульт управления газовыми тормозами; газоперы часто временно отключаются на определенных этапах полета (например, во время взлета и набора высоты), когда нагрузка на двигатели от стравливать воздух требования должны быть минимизированы.

Герметизация

Основная статья: Герметизация кабины
Клапан сброса и сброса давления на Боинг 737-800

Поток воздуха в фюзеляж приблизительно постоянен, а давление поддерживается за счет изменения открытия «выпускного клапана» (OFV). Большинство современных реактивных лайнеров имеют один OFV, расположенный в нижней задней части фюзеляжа, хотя на некоторых более крупных самолетах, таких как Boeing 747 и 777, их два.

На случай отказа закрытого клапана OFV предусмотрены как минимум два предохранительных клапана положительного давления (PPRV) и как минимум один предохранительный клапан отрицательного давления (NPRV) для защиты фюзеляжа от избыточного и пониженного давления.

Давление в салоне самолета обычно повышается до «высоты кабины» 8000 футов или меньше. Это означает, что давление составляет 10,9 фунтов на квадратный дюйм (75 кПа), что соответствует давлению окружающей среды на высоте 8000 футов (2400 м). Обратите внимание, что чем ниже высота кабины, тем выше давление. Давление в кабине контролируется «графиком давления в кабине», который связывает высоту каждого самолета с высотой в кабине. Новые авиалайнеры, такие как Airbus A350 и Боинг 787 будет иметь меньшую максимальную высоту салона, что поможет снизить утомляемость пассажиров во время полетов.

Атмосфера на типичных для авиалайнерах высотах, как правило, очень сухая и холодная; внешний воздух, закачиваемый в кабину во время длительного полета, может вызвать конденсация которые, в свою очередь, могут вызвать коррозию или электрические неисправности и, таким образом, устраняются. Следовательно, когда влажный воздух на более низких высотах встречается и втягивается, ECS сушит его с помощью цикла нагревания и охлаждения и водоотделителя, упомянутого выше, так что даже при высокой внешней относительной влажности внутри кабины он обычно не намного выше. относительная влажность не более 10%.

Хотя низкая влажность в салоне имеет преимущества для здоровья, предотвращая рост грибок и бактерии, низкая влажность вызывает пересыхание кожи, глаз и слизистых оболочек и способствует обезвоживание, что приводит к усталости, дискомфорту и проблемам со здоровьем. В одном исследовании большинство бортпроводников сообщали о дискомфорте и проблемах со здоровьем из-за низкой влажности.[2] В заявлении для Конгресс США в 2003 году член Комитета по качеству воздуха в пассажирских салонах коммерческих самолетов заявил, что «низкая относительная влажность может вызвать некоторый временный дискомфорт (например, пересыхание глаз, носовых ходов и кожи), но другие возможные краткосрочные или долгосрочные эффекты могут иметь не установлено ".[3]

Система контроля влажности в салоне может быть добавлена ​​к ECS некоторых самолетов, чтобы поддерживать относительную влажность на очень низком уровне, что соответствует необходимости предотвращения конденсации.[4] Кроме того, Boeing 787 и Airbus A350, используя в своей конструкции более устойчивые к коррозии композиты, могут работать при относительной влажности салона 16% на длительных рейсах.

Проблемы со здоровьем

Основная статья: Аэротоксический синдром

Отобранный воздух поступает из двигателей, но отводится от двигателя перед камерой сгорания. Воздух не может течь назад через двигатель, кроме как во время остановка компрессора (по сути, обратная вспышка реактивного двигателя), таким образом, отбираемый воздух не должен содержать загрязняющих веществ сгорания, образующихся при нормальной работе собственных двигателей самолета.

Однако в некоторых случаях углеродные уплотнения могут протекать масло (содержащее потенциально опасные химические вещества) в отбираемый воздух, что в промышленности известно как событие дыма.[5] Обычно с этим справляются быстро, поскольку неисправные сальники сокращают срок службы двигателя.

Загрязнение маслом из этого и других источников в моторном отсеке вызвало опасения по поводу здоровья со стороны некоторых правозащитных групп и послужило поводом для проведения исследований несколькими академическими учреждениями и регулирующими органами. Однако ни одно заслуживающее доверия исследование не предоставило доказательств существования заболевания, вызванного испарением.[6][7][8]

Сноски

  1. ^ а б «Гасперы» - это небольшие круглые вентиляционные отверстия над каждым пассажирским сиденьем, которые пассажиры могут отрегулировать для своего личного комфорта.

Рекомендации

  1. ^ Эйтель, Элизабет (6 мая 2014 г.). «Программное обеспечение CFD моделирует, как движущиеся части влияют на воздушный поток в салоне самолета». Журнал "Проектирование машин". Архивировано из оригинал 1 июля 2014 г.
  2. ^ Нагда, Нирен Лакшмичанд, изд. (2000). Качество воздуха и комфорт в салонах авиалайнера. ASTM International. ISBN 978-0-8031-2866-8.
  3. ^ Назаров, Уильям У. (5 июня 2003 г.). «Заявление Уильяма В. Назарова, доктора философии, профессора экологической инженерии Калифорнийского университета в Беркли и члена Комитета по качеству воздуха в пассажирских салонах коммерческих самолетов». Качество воздуха в салоне. nationalacademies.org (Отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук. Архивировано из оригинал 21 июня 2008 г.
  4. ^ «CTT Systems AB получила заказ на систему контроля влажности в салоне от Jet Aviation AG». Информация об авиаперевозках. 5 марта 2007 г.
  5. ^ The Guardian (26 февраля 2006 г.). «Ядовитые пары из кабины, несущие опасность в небо». Лондон. Получено 2007-10-20.
  6. ^ Багшоу, Майкл (сентябрь 2008 г.). «Аэротоксический синдром» (PDF). Европейское общество аэрокосмической медицины. Архивировано из оригинал (PDF) 27 февраля 2012 г.. Получено 31 декабря, 2012.
  7. ^ Избранный комитет по науке и технологиям (2000). «Глава 4: Элементы здорового воздуха в салоне». Наука и технологии - Пятый отчет (Отчет). Дом лордов. В архиве из оригинала от 24.04.2010. Получено 2010-07-05.
  8. ^ «Авиационные испарения: тайная жизнь BAe», колонка «В спину», журнал Private Eye, выпуск 1193, 14–27 сентября 2007 г., страницы 26–27; Pressdram Ltd., Лондон.
  • Объем приложений HVAC Справочник ASHRAE, Американское общество инженеров по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха, Inc. (ASHRAE), Атланта, Джорджия, 1999.