|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Раздел II. Системы жизнеобеспеченияСтр 1 из 7Следующая ⇒
Лекция 5-6 Раздел II. Системы жизнеобеспечения Тема 2.1. Системы кондиционирования воздуха (СКВ) Требования авиационных правил к вентиляции и герметическим кабинам Требования к созданию нормальных условий жизнеобеспечения пассажиров и экипажа современного ЛА сформулированы в Авиационных правилах, часть 25 «НОРМЫ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ САМОЛЕТОВ ТРАНСПОРТНОЙ КАТЕГОРИИ». Приведем некоторые из них. Вентиляция …(G) На всех этапах полета должно обеспечиваться поддержание в кабинах самолета установившейся температуры воздуха в пределах 17—25 °С. Указанные значения температуры воздуха должны достигаться не более чем через 20 мин после взлета при условии наземной подготовки. (Н) На земле в ожидаемых условиях эксплуатации при пониженных температурах наружного воздуха СКВ должна обеспечивать температуру воздуха в кабинах не ниже + 10°С; при повышенных температурах наружного воздуха (более +33°С) система должна обеспечивать снижение температуры в кабинах на 8°С по сравнению с наружной. (I) Температура отдельных поверхностей интерьера, до которых могут дотронуться пассажиры и члены экипажа, не должна превышать +50 °С или быть ниже +5°С. (J) Температура горячего воздуха, подаваемого на обогрев кабины, на выходе из раздаточных устройств не должна превышать 100°С (рекомендуемое значение 80 °С). С этой целью в системе должны быть предусмотрены устройства, исключающие подачу более горячего воздуха…. Герметические кабины (а) Герметические кабины и помещения, предназначенные для экипажа и пассажиров, должны быть оборудованы для обеспечения в кабине на максимальной рабочей высоте самолета при нормальных эксплуатационных условиях давления, эквивалентного высоте не более 2400 м. Если запрашивается сертификат для полетов на высоте свыше 7600м, в кабинах самолета должно поддерживаться давление, эквивалентное высоте не более 4500 м, в случае любого вероятного отказа или неисправности системы регулирования давления. (A) Установившаяся скорость изменения давления в кабине не должна превышать 0, 18 мм рт. ст./с. (B) При любом вероятном отказе или неисправности системы автоматического регулирования давления (САРД) скорость изменения давления не должна превышать 5 мм рт. ст./с на повышение давления и 10 мм рт. ст./с на понижение давления. Система охлаждения воздуха СКВ Система охлаждения воздуха предназначена для снижения температуры воздуха, забираемого от двигателей, и подачи его в систему распределения в кабину и салон. Учитывая, что воздух двигателя отбирается с температурой до 500 º С и давлением до 16 атм, обычно используется многоступенчатая система охлаждения и регулирования давления. Рассмотрим типовую схему системы охлаждения воздуха, которая изображена на рис.2.8. Воздух от системы забора обычно разделяется на два потока: - одна часть горячего воздуха, минуя все ступени охлаждения, подается непосредственно в смеситель; - другая часть горячего воздуха от двигателя подается в систему охлаждения I ступени. В качестве первой ступени охлаждения наиболее часто используются воздухо-воздушные теплообменники (один или несколько на каждый контур охлаждения). При этом охлаждающий воздух поступает из атмосферы (возможно от второго контура двигателя). В ряде случае в качестве теплообменника I ступени могут использоваться топливо-воздушные радиаторы (теплообменники). После охлаждения воздуха в I ступени охлаждения он обычно разделяется опять на два потока: - одна часть предварительно охлажденного воздуха подается непосредственно в смеситель для подмеса к горячему воздуху; - другая часть поступает на вторую ступень охлаждения.
Рис.2.8
В качестве теплообменника второй ступени обычно используется турбокомпрессор, который позволяет охладить воздух до заданной температуры. На выходе из турбокомпрессора холодных воздух поступает в смеситель, где в заданных пропорциях смешивается с теплым и горячим для получения комфортной температуры в салоне и кабине экипажа. Рассмотрим более подробно конструкцию и работу системы охлаждения самолета Суперджет. Работа После заслонки регулирования расхода горячий воздух из системы отбора воздуха попадает в двойной теплообменник. Двойной теплообменник включает в себя первичный и основной теплообменники. Охлаждающей средой как для первичного, так и для основного теплообменников служит продувочный воздух, поступающий через нерегулируемый воздухозаборник в нижней части подфюзеляжного обтекателя. Продувочный воздух сначала проходит через основной теплообменник, а затем через первичный теплообменник. После прохождения первичного и основного теплообменников и перепускного коллектора продувочный воздух направляется к выходному воздуховоду и сбрасывается за борт. Воздух из системы отбора воздуха сначала частично охлаждается в первичном теплообменнике. Затем воздух поступает в компрессор турбохолодильника, где давление и температура воздуха возрастают. Затем воздух поступает в основной теплообменник, где происходит его охлаждение продувочным воздухом. После выхода из двойного теплообменника воздух поступает в контур влагоотделителя высокого давления. Контур влагоотделителя включает подогреватель-конденсатор и влагоотделитель. В подогревателе-конденсаторе происходит процесс конденсации влаги. Затем воздух и вода разделяются в центробежном влагоотделителе. Конденсированная вода подаётся во влагораспылитель, а воздух направляется в турбину турбохолодильника. В турбине турбохолодильника воздух, поступающий под высоким давлением расширяется. Кинетическая энергия воздуха преобразуется в энергию вращения турбины турбохолодильника. Температура воздуха снижается, давление воздуха также понижается до значения, близкого к величине давления в гермокабине. Турбина вращает компрессор и вентилятор продувочного воздуха. Вентилятор создаёт воздушный поток в системе продувочного воздуха при наземной эксплуатации самолёта. Из турбины турбохолодильника воздух вновь поступает в конденсатор, где он используется в качестве охладителя для контура отделения воды. Затем кондиционированный воздух через выходной воздуховод УОВ направляется в смесительный трубопровод системы вентиляции и распределения воздуха. При нормальной работе УОВ автоматически управляется с помощью блока управления КСКВ в зависимости от конфигурации системы и выбора экипажа (выбор температуры, количества работающих блоков). В случае выхода из строя одной из УОВ блок управления КСКВ формирует команду на закрытие заслонки регулирования расхода и на выдачу соответствующего сообщения экипажу. При этом вторая УОВ переходит в режим повышенного расхода. Если отказавшая УОВ автоматически не закроется, пилоту выдаётся рекомендация отключить ее вручную, нажатием на кнопку L AIR AUTO или R AIR AUTO на пульте управления AIR потолочного пульта пилотов. Регулирование температуры воздуха самолета Ил-86 (см.Рис.2.13). Предварительное снижение температуры воздуха осуществляется в воздухо-воздушном теплообменнике (ВВТ) - (1) за счет продува холодным воздухом, отбираемым от наружного контура двигателя и проходящим через заслонку 2а. Интенсивность продува воздуха через ВВТ регулируется автоматически регулятором температуры, который включает: заслонку 2а; командный прибор 2б; приемник температуры 2в; а также ВВТ. Регулятор настроен на температуру 200º С. Для защиты системы от перегрева в трубопроводе за ВВТ установлены два сигнализатора температуры: - сигнализатор температуры t-270º С, включающий приемник температуры 3а и сигнализатор 3б; - сигнализатор температуры t-290º С, включающий приемник температуры 4а и сигнализатор 4б. При повышении температуры до 270º С сигнализатор 3б выдает сигнал на открытие заслонки 2а и закрытие заслонки отбора воздуха от 9 ступени компрессора двигателя. При повышении температуры до 290º С сигнализатор 4б отключает исполнительное устройство регулятора расхода воздуха и блокирует его в этом положении.
Рис.2.12
Тема 2.2. Система автоматического регулирования давления (САРД) Система автоматического регулирования давления (САРД) предназначена для поддержания в гермокабине необходимого давления, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность пассажиров и экипажа. Система обеспечивает поддержание «высоты» в кабине не выше 2400м и эксплуатацию самолета во всех ожидаемых условиях эксплуатации. Рассмотрим конструкцию и принцип работы САРД на примере самолета Суперджет. Функциональная структура САРД (рис.2.16) САРД обеспечивает: - автоматическое регулирование абсолютного давления в гермокабине по заданной программе в зависимости от внешнего барометрического давления; - автоматическое ограничение скорости изменения давления в гермокабине; - автоматическое ограничение эксплуатационного избыточного давления в гермокабине; - ограничение предельного положительного и отрицательного перепада давлений между кабиной и атмосферой; - ручное регулирование изменения давления в гермокабине; - принудительную разгерметизацию гермокабины для выравнивания давления гермокабины с атмосферным давлением; - герметизацию трактов сброса воздуха из гермокабины через выпускной клапан для сохранения плавучести самолёта при вынужденной посадке на воду; - контроль параметров давления воздуха в гермокабине, сигнализацию о нормальных и опасных режимах работы системы; - автоматическое ограничение перепада давления на земле; - быстрое корректирование давления в гермокабине; - устранение задымления в гермокабине (при необходимости); - ограничение перепада давления в гермокабине соответствующего максимальной высоте 4500 м при неисправной работе или отказах системы; - предотвращение герметизации гермокабины на аэродроме, если не закрыты и не заблокированы двери и люки. При нормальной работе система управляется автоматически двумя блоками управления КСКВ. Каждый блок управления КСКВ имеет два канала — канал А (основной) и канал В (резервный). Каждый из каналов имеет датчик давления для измерения давления в гермокабине. В канале А сосредоточены основные функции САРД: - измерение давления в гермокабине; - расчёт заданного давления гермокабины, заданных скоростей изменения давления, скорости открытия (закрытия) выпускного клапана; - управление выпускным клапаном; - предоставление информации о давлении в гермокабине системам самолёта; - контроль компонентов системы автоматического регулирования давления. В случае отказа основного режима, используется канал В (ручной режим работы САРД). Он применяется для: - регулирования давления в гермокабине и скорости изменения давления согласно выбору пилота; - ограничения скорости изменения давления в гермокабине (регулирование блоком управления КСКВ1); - обеспечения независимой индикации САРД; - регулирования работой наземного клапана (блок управления КСКВ2). Сброс избыточного давления обеспечивается пневматически через два предохранительных клапана. Стравливание избыточного давления отменяет работу обоих режимов — автоматического и ручного.
Рис.2.16
Работа А. Функционирование САРД в автоматическом (основном) режиме. Канал А блоков управления КСКВ регулирует давление в гермокабине с помощью открытия выпускного клапана в соответствии с встроенными законами регулирования. Основной режим — это автоматическое регулирование (без участия экипажа) на земле и в полёте перепада давления в гермокабине и скорости изменения давления в зависимости от: - высоты полёта самолёта, вертикальной скорости самолёта и барометрической коррекции изменения давления, полученной от систем самолёта; - выбранной высоты аэродрома посадки (полученной автоматически от комплекса авионики или заданной лётчиком вручную); - вынужденной посадки на воду или аварийной разгерметизации (выполняемой вручную лётчиком); - сигнала обжатого состояния шасси; - открытого положения дверей и люков (для начала наддува гермокабины); - положения рычага управления двигателями (РУД); - положения выпускного и наземного клапанов (полностью открытое или полностью закрытое); - расхода воздуха в салоне. Канал А блоков управления КСКВ регулирует давление в гермокабине в зависимости от полученной информации. Заданное значение давления сравнивается с давлением в салоне и блоки управления КСКВ изменяют положение заслонки выпускного клапана для устранения существующей разницы. Б. Функционирование САРД в ручном режиме Ручное регулирование давления в гермокабине осуществляется с пульта управленияв случае отказа обоих автоматических каналов САРД или по желанию летчика. Ручной режим управления САРД осуществляется нажатием на кнопку MODE. Скорость изменения давления в гермокабине устанавливается задатчиком и регулируется блоком управления КСКВ 1 по резервному (ручному) каналу В с помощью открытия или закрытия выпускного клапана. В. Режимы работы САРД на земле и в полёте. (1) Автоматическая разгерметизация на земле При приземлении самолёта, во избежание резких перепадов давления, блоки управления КСКВ поддерживают положительный перепад давления в гермокабине. Автоматический режим регулирует давление в салоне при приземлении, равное давлению на аэродроме приземления с заданным превышением, которое эквивалентно высоте приземления минус 91 м над уровнем моря. Автоматическая разгерметизация включается, когда шасси находится в обжатом положении, а РУД находится в положении МАЛЫЙ ГАЗ. (2) Автоматическая предварительная герметизация на земле Автоматическая предварительная герметизация на земле предотвращает скачки давления в гермокабине во время разбега при взлёте (в момент отрыва самолёта). Режим автоматической предварительной герметизации включается, когда шасси находится в обжатом положении, а РУД в положении МАЛЫЙ ГАЗ. В случае взлёта с подачей кондиционированного воздуха, давление в гермокабине регулируется за счёт скорости повышения давления. В случае взлёта без подачи кондиционированного воздуха выпускной клапан закрывается. (3) Полёт в нормальном режиме (а) Взлёт Для предотвращения резкого изменения давления в гермокабине во время разбега самолёта, происходит автоматический наддув, пока давление в гермокабине не достигнет значения давления на высоте аэродрома взлёта минус 91м. Автоматический наддув гермокабины начинается, когда шасси находится в обжатом положении, а РУД в положении МАЛЫЙ ГАЗ. (б) Набор высоты При отрыве самолёта от земли блоки управления КСКВ управляют скоростью изменения «высоты» в гермокабине пропорционально вертикальной скорости самолёта. Максимальная скорость набора высоты определяется для самолёта с минимальной массой и не может превышать 2.62 м/с. (в) Крейсерский полёт «Высота» в гермокабине регулируется в соответствии с высотой полёта самолёта. Максимальный перепад давления составляет 0, 6атм при максимальной высоте полёта самолёта 12 500м, что обеспечивает давление в гермокабине соответствующей высоте 2400м. (г) Снижение При снижении самолёта «высота» в гермокабине понижается пропорционально скорости снижения самолёта. С учётом комфорта пассажиров выбрана номинальная скорость снижения минус 2.3м/с. Если самолёт снижается в аварийном режиме, скорость снижения не может быть ниже минус 5.08м/с. Блоки управления КСКВ автоматически обеспечивают изменение давления в гермокабине без участия экипажа. (д) Руление После касания самолётом ВПП шасси находится в обжатом положении, а РУД в положении МАЛЫЙ ГАЗ. Начинается автоматическая разгерметизация гермокабины, полностью открываются выпускной и наземный клапаны. (4) Режим предотвращения наддува Все двери и люки должны быть закрыты и заблокированы, без этого наддув гермокабины самолёта невозможен. (5) Режим вынужденной посадки на воду Режим вынужденной посадки на воду активируется нажатием на кнопочный переключатель на пульте управления. Процедура выполняется автоматически. При этом происходит: - отключение обоих установок охлаждения воздуха (УОВ); - разгерметизация гермокабины; - закрытие выпускного и наземного клапанов. (6) Режим аварийной разгерметизации Аварийная разгерметизация возможна при работе САРД в автоматическом и ручном режимах. Она используется при появлении дыма в гермокабине. Разгерметизация служит для удаления дыма из гермокабины за счёт быстрого сброса воздуха в атмосферу. (7) Режим ограничения «высоты» кабины Давление в гермокабине измеряется датчиком давления, входящим в состав канала В блока управления КСКВ 2. Когда «высота» в гермокабине превышает 4420м по сигналу от блока управления КСКВ выпускной клапан закрывается. Клапан остаётся закрытым до тех пор, пока «высота» в кабине не станет ниже 4270м. На отечественных самолетах 2-4 поколений в САРД широко используются анероидно-мембранные приборы, работающие в автоматическом режиме. В качестве примера рассмотрим систему регулирования давления в кабине самолета Ту-154М. Система регулирования давления в кабине состоит из двух элементов (см. Рис.2.19): командных приборов 1 и выпускных клапанов 2 с повторителем, связанных между собой трубопроводом 3. Обычно командных приборов два: основной и дублирующий. Количество выпускных клапанов определяется объемом кабины, количеством подаваемого в кабину воздуха и др. Так как закон регулирования давления в гермокабине имеет обычно две зоны: зону постоянного абсолютного давления (до высот около 7200м) и зону постоянного избыточного давления (на высотах более 7200м), то командный прибор также имеет два узла: узел абсолютного давления и узел избыточного давления. Узел абсолютного давления состоит из вакуумного сильфона 4, тяги 5, пружины 6, мембраны 7 и игольчатых клапанов 8 и 9. В узле избыточного давления также имеется сильфон 10, внутренняя полость которого сообщается с атмосферой трубопроводом 11, тяга 12, пружина 13 и клапан 14. Как видно, узлы отличаются типами сильфонов: в узле абсолютного давления имеется вакуумный сильфон, внутри которого давление практически равно нулю и деформирующийся под действием абсолютного давления, а в узел избыточного давления входит сильфон, внутренняя полость которого соединена с атмосферой. Поэтому он деформируется под действием разности давлений: давления, действующего на внешнюю поверхность сильфона (кабинного давления), и атмосферного давления внутри сильфона, то есть речь фактически идет об измерении избыточного давления в кабине по сравнению с атмосферным. Полость А командного прибора 1 соединена с кабиной через дроссельное отверстие 15 с фильтром 27.
Рис.2.19
С помощью ручки 16 изменяется предварительное натяжение пружины 13 и прибор настраивается на заданное избыточное давление, а с помощью ручки 17 регулируется натяжение пружины 6 и задается давление начала герметизации. Рукояткой 18 перемещается игольчатый клапан 9, чем ограничивается скорость нарастания давления в кабине. Ручки 16, 17 и 18 имеют фиксаторы, предотвращающие самопроизвольные их перемещения. В выпускном клапане 2 имеются мембрана 19 с игольчатым клапаном 20 и тарельчатый клапан 21 с мембраной 22. Полость Г клапана соединена с гермокабиной через дроссельное отверстие с фильтром 25. Работа. Внутренняя полость А командного прибора через дроссель 15 соединена с кабиной, поэтому в ней давление практически равно кабинному, т.е. оно возрастает по мере увеличения давления в гермокабине. В начале подъема самолета до высоты приблизительно 7200м перепада давления на сильфоне 10 недостаточно, чтобы преодолеть предварительное натяжение пружины 13. Т.е. до указанной высоты узел относительного давления командного прибора 1 не работает. Поэтому при повышении давления в кабине за счет наддува от системы СКВ в первую очередь начнет деформироваться вакуумный сильфон 4, давление в полость Б которого из полости А передается по трубопроводу 23 через игольчатый клапан 9. Если давление в кабине станет больше заданного, то усилие создаваемое на сильфоне 4 за счет перепада давлений (кабина - вакуум) станет больше усилия затяжки пружины 6. Вакуумный сильфон 4 сожмется и клапан 8 переместится вниз (по рисунку) и соединит полость А с атмосферой, т.е. давление в полости А упадет. По трубопроводу 3 это падение давления передается в полость В повторителя, находящегося над выпускным клапаном. Это понижение давления приводит к перемещению вверх мембраны 19 с игольчатым клапаном 20, который отходит от отверстия и соединяет таким образом с атмосферой полость Г, находящуюся над тарельчатым выпускным клапаном 21. Давление в полости Г понижается, а на мембрану 22 снизу действует кабинное давление, то есть снизу давление больше, чем сверху, поэтому клапан 21 поднимается и воздух из кабины начинает стравливаться в атмосферу. Давление в кабине, а соответственно в полости А при этом понижается, сильфон 4 разжимается и клапан 8 закрывается. Это приводит к увеличению давления в полостях А, Г и закрытию клапанов 20 и 21. Цикл регулирования давления закончен. Дальнейший наддув кабины приводит к увеличению в ней и в полости А давления, сжатию сильфона 4 и цикл повторяется. Набор высоты связан со снижением атмосферного давления, то есть давление в сильфоне 10 постепенно уменьшается, т.к. его внутренняя полость через трубопровод 10 связана с атмосферой, и на некоторой высоте перепад давления на сильфоне 10 таков, что этого усилия достаточно для преодоления предварительной затяжки пружины 13. Таким образом, в работу включается узел относительного давления командного прибора 1. При этом сильфон 4 остается недеформированным, и узел абсолютного давления выключается из работы. Такой переход с управления выпускным клапаном от узла абсолютного давления и узлу относительного давления происходит на высоте порядка 7200м. До высоты практического потолка управление выпускным клапаном осуществляется блоком относительного давления командного прибора.1. Если на высоте свыше 7200м избыточное давление в кабине станет выше заданного, то уже будет деформироваться сильфон 10, что приводит к открытию клапана 14, понижению давления в камерах А, В и Г. Далее работа системы подобна вышеописанной от узла абсолютного давления. Для предотвращения резкого изменения давления в кабине (выше 0, 18 мм.рт.ст/мин), например при снижении с вертикальной скоростью выше 3 м/с, используются мембраны 7 и игольчатый клапан 9. При повышении давления в кабине и полости А командного прибора1, соответственно, оно по трубопроводу 23 через клапан 9 передается в полость Б. Если клапан 9 полностью закрыт, то передачи давления не происходит. Если проходное сечение клапана велико, то скорость передачи давления будет высокой. Уменьшая проходное сечение клапана 9 ручкой 18, можно увеличивать время передачи управляющего давления из одной полости в другую. Клапан регулируется таким образом, чтобы скорость изменения давления в кабине не превышала 0, 18 мм рт.ст./мин. При этом давление в камере Б не успевает за изменением давления в полости А, что приводит к перепаду давления на мембране 7 и ее деформации. Перемещение мембраны 7 приводит к перемещению клапана 8 и соединению полости А с атмосферой. Кроме того, мембрана 7 вступает в работу в случае быстрого набора высоты, когда в полости А давление будет уменьшаться быстрее, чем в полости Б. При этом на мембране 7 создается перепад давления, она деформируется и прикрывает клапан 8. Давление в полостях А и В повышается. При этом выпуск воздуха из кабины через выпускной клапан 21 уменьшится, что приведет к требуемому уменьшению скорости изменения давления в кабине. Выпускной клапан может также выполнять функцию вакуум клапана, т.е. пропускать атмосферный воздух в кабину, в случае если атмосферное давление выше кабинного. Мембрана 26 выпускного клапана служит демпфирующим элементом, исключающим влияние колебаний давления воздуха на выходе из клапана на его работу, для чего полость Е над мембраной 26 соединена с кабиной через отверстие 24. Агрегаты СКВ ТУРБОХОЛОДИЛЬНИК
Трубка Вентури
Трубка Вентури: усредняющие камеры 1 - для выравнивания давления; конфузор 2; горловина 3; диффузор 4
Расход определяется выражением:
где Q — объемный расход жидкости C — экспериментальный коэффициент, отражающий потери внутри расходомера, A1 и A2 — площади сечения трубопровода и горловины соответственно, ρ — плотность жидкости или газа, P1 и P2 — статические давления на входе трубы и в горловине. В случае измерения расхода газа в выражение вводят коэффициент сжимаемости газа. Гермокабина Лекция 5-6 Раздел II. Системы жизнеобеспечения Тема 2.1. Системы кондиционирования воздуха (СКВ) Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 2122; Нарушение авторского права страницы
, 