 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( август 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Система экологического контроля (ECS) самолета обеспечивает подачу воздуха, терморегуляцию и герметизацию кабины для экипажа и пассажиров. Охлаждение авионики , обнаружение дыма и пожаротушение также обычно считаются частью системы экологического контроля воздушного судна.
Обзор [ править ]
Описанные ниже системы характерны для современных авиалайнеров Boeing , хотя детали, по сути, идентичны для пассажирских самолетов Airbus и других компаний. Исключением был Concorde, у которого была установлена дополнительная система подачи воздуха из-за большей высоты, на которой он летел, а также немного более высокого давления в салоне, которое он использовал.
Подача воздуха [ править ]
На авиалайнерах воздух подается в ECS путем отвода воздуха из ступени компрессора каждого газотурбинного двигателя перед камерой сгорания . Температура и давление этого отбираемого воздуха изменяется в соответствии с которой ступени компрессора используется, и настройка 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 Боинга 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, называемый предварительным охладителем . Воздух, отводимый от вентилятора двигателя, проходит через предохладитель , расположенный в стойке двигателя , и поглощает избыточное тепло от отбираемого для обслуживания воздуха. Регулирующий воздушный клапан вентилятора (FAMV) изменяет поток охлаждающего воздуха для регулирования конечной температуры воздуха, отбираемого для обслуживания.
Примечательно, что Boeing 787 не использует отбираемый воздух для создания давления в салоне. Вместо этого самолет забирает воздух через специальные воздухозаборники, расположенные перед крыльями. [1] [2]
Блок холодного воздуха [ править ]
Основным компонентом для работы блока холодного воздуха (CAU) является охлаждающее устройство Air Cycle Machine (ACM). В некоторых самолетах, в том числе в ранних самолетах Boeing 707 , использовалось парокомпрессионное охлаждение, подобное тому, которое используется в домашних кондиционерах .
ACM не использует фреон : воздух является хладагентом . ACM предпочтительнее устройств с паровым циклом из-за меньшего веса и требований к обслуживанию.
Большинство лайнеров оборудованы PACK, что означает P ressurization A ir C onditioning K it. [ необходима цитата ] Расположение ПАКЕТА (кондиционеров) кондиционирования воздуха (AC) зависит от конструкции самолета. В некоторых конструкциях они устанавливаются в обтекателе крыла между двумя крыльями под фюзеляжем . На других самолетах ( Douglas Aircraft DC-9 Series ) блоки питания переменного тока расположены в хвостовой части. Пакеты самолетов на McDonnell Douglas DC-10 / MD-11 и Lockheed L-1011 расположены в передней части самолета под кабиной экипажа.. Почти все реактивные лайнеры имеют два PACK, хотя у более крупных самолетов, таких как Boeing 747 , Lockheed L-1011 и McDonnell-Douglas DC-10 / MD-11, есть три.
Количество отбираемого воздуха, поступающего к блоку кондиционирования воздуха, регулируется клапаном управления потоком (FCV). Для каждого ПАКЕТА устанавливается один FCV. Нормально закрытый стопорный клапан предотвращает попадание воздуха из левой спускной системы в правый ПАК (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. Аналогично турбонагнетателю, компрессор и турбина находятся на одном валу. Энергия, извлекаемая из воздуха, проходящего через турбину, используется для питания компрессора.Затем воздушный поток направляется в подогреватель, прежде чем он переходит в конденсатор, чтобы быть готовым для отбора воды с помощью водоотделителя.
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 выходящего воздуха из PACK регулируется посредством регулирования потока через систему набегающего воздуха (ниже) и модуляции клапана регулирования температуры (TCV), который обходит часть горячего отбираемого воздуха вокруг ACM и смешивает его с холодным. воздух после турбины ACM.
Пневматическая система [ править ]
Воздухозаборник представляет собой небольшой воздухозаборник, обычно расположенный на обтекателе между крылом и корпусом. Почти во всех лайнерах используется регулируемая дверца на входе 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 [ править ]
Отработанный воздух AC PACK 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% наружного воздуха и 50% фильтрованного воздуха.
В современных лайнерах используются высокоэффективные фильтры HEPA , задерживающие частицы , которые задерживают более 99% всех бактерий и кластерных вирусов .
Воздух из смесительного коллектора направляется в верхние распределительные сопла [3] 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 AC PACK перед TCV. Воздух также подается к отдельным вентиляционным отверстиям. [a] Вращающийся регулятор на вентиляционном отверстии можно повернуть, чтобы отрегулировать вентиляцию между полным отсутствием выхода воздуха и довольно сильным ветерком.
Гасперы [a] обычно получают воздух от блоков кондиционирования воздуха на борту самолета, которые, в свою очередь, получают сжатый чистый воздух из ступеней компрессора реактивных двигателей самолета или на земле от вспомогательной силовой установки (ВСУ) или наземного источника. . В кабине находится главный пульт управления газовыми тормозами; Газперы часто временно отключаются на определенных этапах полета (например, во время взлета и набора высоты), когда необходимо минимизировать нагрузку на двигатели из -за потребности в отбираемом воздухе .
Герметизация [ править ]
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 OFV в закрытии 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 кабины. Новые авиалайнеры, такие как Airbus A350 и Boeing 787, будут 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 конденсацию, которая, в свою очередь, может вызвать коррозию или электрические неисправности, и, таким образом, устраняется. 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 грибка и бактерий , низкая влажность вызывает высыхание кожи, глаз и слизистых оболочек и способствует обезвоживанию , 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. [4] В заявлении Конгрессу США в 2003 году член Комитета по качеству воздуха в пассажирских салонах коммерческих самолетов сказал, что «низкая относительная влажность может вызвать некоторый временный дискомфорт (например, высыхание глаз, носовых проходов и кожи), но другие возможные краткосрочные или долгосрочные эффекты не установлены ». [5]
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. [6] Кроме того, Boeing 787 и Airbus A350, используя в своей конструкции более устойчивые к коррозии композиты, могут работать при относительной влажности в салоне 16% на длительных рейсах.
Проблемы со здоровьем [ править ]
Отобранный воздух поступает из двигателей, но отводится от двигателя перед камерой сгорания. Воздух не может проходить через двигатель в обратном направлении, кроме как во время остановки компрессора (по сути, при обратной вспышке реактивного двигателя), таким образом, отбираемый воздух не должен содержать загрязняющих веществ сгорания при нормальной работе собственных двигателей самолета.
Однако в некоторых случаях углеродные уплотнения могут просачивать масло (содержащее потенциально опасные химические вещества) в отбираемый воздух, что в промышленности известно как дым . [7] 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. [8] [9] [10]
Сноски [ править ]
- ^ a b Гасперы - это небольшие круглые вентиляционные отверстия над каждым пассажирским сиденьем, которые пассажиры могут регулировать для своего личного комфорта.
Ссылки [ править ]
- ^ "AERO - 787 Системы без кровотечения" . www.boeing.com . Источник 2021-02-20 .
- ^ "Инновационный 787 несет впереди Боинг и авиацию" . Проводной . ISSN 1059-1028 . Источник 2021-02-20 .
- ↑ Эйтель, Элизабет (6 мая 2014 г.). «Программное обеспечение CFD моделирует, как движущиеся части влияют на воздушный поток в салоне самолета» . Журнал "Машиностроение" . Архивировано из оригинала на 1 июля 2014 года.
- ^ Нагда, Нирен Лакшмичанд, изд. (2000). Качество воздуха и комфорт в салонах авиалайнера . ASTM International. ISBN 978-0-8031-2866-8.
- ^ 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 оригинального 21 июня 2008 года.
- ^ "CTT Systems AB получает заказ на систему контроля влажности в салоне от Jet Aviation AG" . Информация об авиаперевозках. 5 марта 2007 г.
- ↑ The Guardian (26 февраля 2006 г.). «Токсичный дым из кабины, несущий опасность в небо» . Лондон . Проверено 20 октября 2007 .
- ^ Багшоу, Майкл (сентябрь 2008 г.). «Аэротоксический синдром» (PDF) . Европейское общество аэрокосмической медицины. Архивировано из оригинального (PDF) 27 февраля 2012 года . Проверено 31 декабря 2012 года .
- ^ Специальный комитет по науке и технологиям (2000). «Глава 4: Элементы здорового воздуха в салоне». Наука и технологии - Пятый отчет (отчет). Дом лордов. Архивировано 24 апреля 2010 года . Проверено 5 июля 2010 .
- ↑ Авиационные пары: Тайная жизнь BAe », колонка« В спине », журнал Private Eye, выпуск 1193, 14–27 сентября 2007 г., страницы 26–27; Pressdram Ltd., Лондон.
- Том «Приложения HVAC» Справочника ASHRAE , Американское общество инженеров по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха, Inc. ( ASHRAE ), Атланта, Джорджия, 1999.
