Общие принципы функционирования и структура СКВ. Гермокабины

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 7Следующая ⇒

Для создания благоприятных условий жизнедеятельности пассажиров и членов экипажа на всех этапах эксплуатации ЛА предусмотрено создание гермокабин (ГК), которые в общем случае могут состоять из нескольких отсеков (салонов). Гермокабины являются элементом силовой конструкции планера самолета и воспринимают нагрузку от аэродинамических и массовых сил и от внутреннего избыточного давления.

Системы кондиционирования воздуха, используя ГК, обеспечивают выполнение следующих функций:

- наддув (превышение давления в кабине над атмосферным давлением) и вентиляцию;

- отопление и охлаждение герметичных кабин (кабины экипажа, кабины пассажиров и грузовых отсеков);

- очистку подаваемого в герметичные отсеки воздуха от аэрозольного (состоящего из газовой смеси, в которой взвешены твердые или жидкие частицы), химического и других загрязнений;

- дезодорацию (удаление запаха) и ионизацию воздуха в кабине при полете и на земле;

- защиту стекол фонаря пилотов от запотевания;

- обдув (охлаждение или обогрев) электронного (пилотажно-навигационного и радио-) и электрооборудования;

- подачу (на некоторых ЛА) горячего воздуха в систему воздушно-тепловых противообледенителей (антиобледенителей) передних кромок крыла и оперения.

В соответствии с выполняемыми функциями СКВ структурно может быть разделена на следующие подсистемы:

- система отбора воздуха от двигателя (ВСУ, наземной установки);

- система охлаждения воздуха, которая позволяет обеспечить комфортные условия жизнедеятельности экипажа и пассажиров;

- система регулирования давления, которая предназначена для поддержания необходимого давления воздуха в гермокабине совместно с САРД;

- система регулирования расхода и скорости изменения расхода, которая обеспечивает заданную сменяемость воздуха в ГК, а также удаление продуктов жизнедеятельности экипажа и пассажиров из ГК;

- система регулирования температуры, которая обеспечивает регулирование температуры воздуха, поступающего в кабину экипажа и пассажирскую кабину в заданных пределах;

- система рециркуляции, позволяющая повторно использовать часть воздуха, поступившего в кабину, после его очистки (не на всех самолетах);

- система распределения воздуха, которая обеспечивает подачу подготовленного воздуха в гермокабину;

- система обогрева, обеспечивающая подогрев воздуха, подаваемого потребителям (например, на кухню);

- система охлаждения оборудования;

- система контроля и управления и др.

Очевидно, что все подсистемы СКВ связаны между собой и используют общие агрегаты, приборы и трубопроводы. Разделение на подсистемы условно и обычно при изучении конструкции и работы СКВ рассматривают ряд блоков, объединяющих отдельные подсистемы.

Большинство современных самолетов имеют атмосферные (неавтономные) ГК, которые вентилируются воздухом из окружающей среды, в отличие от автономных ГК, для которых запас кислорода находится на борту ЛА.

Одна из возможных принципиальных схем системы кондиционирования гермокабины пассажирского самолета представлена на рис.2.3. Воздух отбирается от компрессоров двигателей 1 с температурой до 500°С и давлением до 1, 6 МПа (16 кгс/см²), объединяется в общий поток и, проходя по трубопроводу 3, разделяется на два потока. Поток горячего воздуха по трубопроводу 5 проходит через основную 6 (а в случае отказа - через дублирующую 2) систему охлаждения воздуха. Для охлаждения воздуха используют воздушно-воздушные, топливно-воздушные теплообменники и турбохолодильники. Система охлаждения может быть многоступенчатой.

Второй поток горячего воздуха 8 поступает прямо в смеситель 10, где смешивается с охлажденным потоком, поступающим по трубопроводу 7. Поступлением холодного воздуха в смеситель управляет кран 9, а подачей воздуха в гермокабину - ограничитель температуры 11 по сигналу регулятора температуры 4, установленного в гермокабине. Пройдя через увлажнитель 12, в котором по сигналу датчика влажности воздуха в кабине 16 распыляется вода из бака 17 (поступает по зеленому трубопроводу). Воздух с необходимыми параметрами температуры и влажности подается по системе трубопроводов 13 в гермокабину. СКВ работает совместно с САРД, поэтому в схему включен автоматический регулятор давления 14, который управляет клапаном 15 выпуска кабинного воздуха в атмосферу. Системы кондиционирования поддерживают определенную влажность воздуха в гермокабинах. Влага, содержащаяся в воздухе в парообразном состоянии, может конденсироваться и оседать в виде капель на стенках кабины, трубопроводах и, особенно, в теплозвукоизоляции. Скапливаясь, эта влага может существенно увеличить массу пассажирского самолета и даже нарушить его центровку. Удаление влаги из теплозвукоизоляции может потребовать специальных мер при наземном обслуживании самолета.

Рис.2.3

Наиболее благоприятным с физиологической точки зрения является давление в кабине, равное атмосферному давлению воздуха на уровне моря. Однако в этом случае на больших высотах будет возникать значительный перепад давления между кабиной и атмосферой, что, с одной стороны, потребует увеличения толщины обшивки кабины для обеспечения ее прочности и, как следствие, увеличения массы самолета, а с другой стороны, при внезапной разгерметизации ГК перепад давлений между кабиной и атмосферой будет очень большим и падение давления в ГК до атмосферного будет происходить очень быстро. Это явление принято называть взрывной декомпрессией.

С одной стороны, в процессе декомпрессии может произойти лавинообразное разрушение конструкции гермокабины, а с другой стороны, давление в легких человека не может уменьшаться так же быстро, как уменьшается давление в кабине при разгерметизации, и возможны несовместимые с жизнью человека баротравмы, механические повреждения легких и других органов расширяющимся газом - разрывы, внутренние кровоизлияния, падение кровяного давления, замедление ритма сердца вплоть до остановки. Кроме того, происходит внезапный " перенос" пассажиров и экипажа в условия острой кислородной недостаточности. Происходит также обмораживание вследствие постепенного понижения температуры в кабине до температуры наружного воздуха (порядка - 60°С). С учетом всех этих условий выбираются программы регулирования давления в гермокабинах самолетов.

В качестве примера на рис.2.4 приведена блок-схема системы СКВ самолета Суперджет.

Из системы отбора воздуха

Озоновый конвертор

Датчик расхода Вентури

Устройство охлаждения воздуха

От наземного источника кондиционирования

Устройство охлаждения воздуха

Клапан аварийной вентиляции

Скоростной напор

Датчик расхода Вентури

Озоновый конвертор

Из системы отбора воздуха

Регулятор давления линии подмеса

Регулировочный клапан

Смеситель

Пассажирский салон

Вентилятор рециркуляции

Фильтр рециркуляции

Вентилятор рециркуляции

Фильтр рециркуляции

Кабина

САРД в атмосферу

Блок-схема системы кондиционирования воздуха самолета Суперджет

Рис.2.4

Система состоит из двух независимых контуров, которые обеспечивают поступление воздуха в смеситель и далее по общей системе распределения в кабину экипажа и пассажирский салон.

Наиболее благоприятная для пассажиров программа регулирования давления в гермокабине по высоте полета приведена на рис.2.5, где p = p_H/p_o - относительное атмосферное давление, p_H - атмосферное давление на соответствующей высоте, p_o - атмосферное давление на уровне моря.

p = p_H/p₀

0, 75

0, 50

0, 25

Н, км

1, 00

Рис.2.5. Программа регулирования давления в гермокабине пассажирского самолета по высоте полета, где 1- изменение атмосферного давления от высоты по МСА; 2- изменение давления в гермокабине

2, 4

Δ p^изб_max

Для максимальной расчетной высоты полета H_max(например, 14000м) устанавливается максимальное избыточное давление (в нашем примере = 0, 61p_o), которое дополняет атмосферное давление на максимальной расчетной высоте полета (точка D на кривой 1, показывающей изменение атмосферного давления в зависимости от высоты по данным Международной стандартной атмосферы) до минимально возможного давления (точка C на кривой 2, показывающей изменение давления в гермокабине в зависимости от высоты полета), соответствующего максимально допустимой " высоте в кабине", т. е. до величины 0, 75 атмосферного давления на уровне моря, соответствующего высоте 2400 м. На высотах полета от H₁ (точка В на кривой 2) до H_max в кабине поддерживается постоянное избыточное давление = 0, 61p_o относительно атмосферного (кривая 2 на этом участке эквидистантна кривой 1). При стоянке на земле (точка А на кривой 2) и в полете до высоты H₁ (в нашем примере H₁= 7200 м) система кондиционирования воздуха поддерживает в кабине постоянное давление, равное атмосферному давлению на уровне моря.

При крейсерской высоте полета порядка 10000-14000 м при разгерметизации кабины экипаж самолета имеет возможность в режиме экстренного (аварийного) снижения вывести самолет на относительно безопасные высоты порядка 3000-4000м за время, соответствующее так называемому " резервному", или " активному" времени, в течение которого при остром кислородном голодании (без аварийного питания пассажиров кислородом) не происходят необратимые изменения в деятельности головного мозга человека. Тем не менее, пассажирские самолеты имеют систему аварийного питания пассажиров кислородом и систему непрерывного питания кислородом летчиков в течение всего полета.

Рассмотрим конструкцию и принцип работы основных подсистем СКВ на примере современных ЛА.

2.1.4. Система отбора воздуха от двигателя, предварительного охлаждения и регулирования

Отбор воздуха для системы СКВ обычно осуществляется от компрессора двигателя. Учитывая, что необходимо обеспечить нормальное функционирования СКВ при разных режимах работы двигателя (от «Малого газа» до «Максимала»), обычно отбор осуществляется от нескольких ступеней (низкие ступени для «Максимала», высокие ступени для «Малого газа»). В качестве примера рассмотрим систему отбора воздуха самолета Суперджет, которая изображена на рис.2.6.

Система отбора воздуха (СОВ) от двигателей предназначена для выполнения следующих основных функций:

- выбор ступени отбора сжатого воздуха — ступени промежуточного давления (ПД) или высокого давления (ВД) компрессора двигателя,

- регулирование давления отобранного воздуха для предотвращения слишком высокого давления,

- регулирования температуры отобранного воздуха для предотвращения слишком высокой температуры,

- предварительное охлаждение отобранного воздуха,

- подача предварительно обработанного воздуха к потребителям.

Видно, что подсистема отбора воздуха от двигателя помимо своей основной функции обеспечивает предварительное регулирование давления, температуры и охлаждение воздуха. Что указывает на тесную взаимосвязь подсистем СКВ.

А. Описание функций СОВ

(1) Функция выбора точки отбора воздуха от двигателей (либо от 3-й ступени ПД или от 6-й ступени ВД) осуществляется блоком управления комплексной системы кондиционирования воздуха (КСКВ) в соответствии с конфигурацией зависимых систем, показаниями датчиков давления воздуха и в соответствии с сигналами из системы управления двигателем. СОВ спроектирована для отбора воздуха, в основном, от 3-й ступени ПД для уменьшения негативного влияния на характеристики двигателя при его работе. Функция выбора точки отбора воздуха обеспечивается работой клапана ВД. Когда давление отобранного воздуха является недостаточным, блок управления КСКВ посылает сигнал в клапан ВД для его открытия. В этом случае высокое давление воздуха вызывает закрытие створок обратного клапана промежуточного давления (ОКПД). Когда давление воздуха в точке отбора от ступени ПД становится высоким, блок КСКВ выдает сигнал на закрытие клапана ВД. В этом случае воздух поступает из точки ПД через ОКПД.

(2) Функция регулирования давления воздуха, отбираемого от двигателя, и его отсечка обеспечивается отсечной регулирующей заслонкой (ОРЗ).

Регулирование давления воздуха

Указанная функция позволяет ограничить рабочее давление в системах-потребителях сжатого воздуха, что также позволяет минимизировать вес системы. Заслонка, характеризующая эту функцию, ограничивает давление воздуха, поступающего

далее по системам, в соответствии с их конфигурацией (приблизительно около 3, 1кгс/см²). При давлении воздуха в точке отбора менее указанной величины, заслонка полностью открыта для минимизации перепада давления в линии. В случае превышения давления величины в 2, 7 кгс/см², управляющий сигнал поступает на частичное закрытие заслонки, она поворачивается в сторону обратной положению полного открытия.

Рис.2.6

Отсечка отбора воздуха

В заслонке реализована функция закрытия в случае отказа. При отсутствии подачи пневмо- или электроэнергии (какое бы ни было давление) на ОРЗ, заслонка остается закрытой. Клапан ВД в этом случае также закрыт. Закрытие ОРЗ осуществляется по команде от блока управления КСКВ, пожарной системы или с пульта управления. Закрытие гарантирует защиту соответствующего двигателя в случае обратного потока от противоположного двигателя, ВСУ или наземного источника. Закрытие клапана ВД осуществляется блоком управления КСКВ.

(3) Функция регулирования температуры воздуха, отбираемого от двигателя.

Воздух, отбираемый от двигателя, имеет высокую температуру (более 200°С). Воздух, подаваемый в СКВ, не должен превышать 200°С. Функция ограничения температуры характеризуется работой трех компонентов: воздухо-воздушным теплообменником (далее ВВТ), расположенным выше по течению воздуха за ОРЗ в линии отбора воздуха от двигателя, термостатом и заслонкой вентиляторного контура (ЗВК).

Термостат управляет положением створок ЗВК для регулирования температуры воздуха, выходящего из ВВТ номинальной величиной в 200°C. ЗВК представляет собой пневматически управляемую заслонку, регулируемую пневморегулятором давления, прикрепленным к термостату, измеряющим температуру воздуха на выходе из ВВТ. В ЗВК, так же как и в ОРЗ, реализована функция закрытия при недостаточном источнике питания (пневматическом или электрическом). ВВТ представляет собой устройство единичного прохода отобранного горячего воздуха через теплообменник, с пересечением его воздуха вентиляторного контура, отобранного от первичного потока лопатками вентилятора двигателя со смодулированным ЗВК. Воздух вентилятора охлаждает горячий воздух от двигателя и выходит наружу через выходные отверстия в пилоне.

На рис.2.7 приведена принципиальная схема отбора воздуха от двигателя самолета Ил-86. Воздух отбирается от компрессора двигателя:

- от 9 ступени при работе двигателя на малых режимах (0, 35…0, 4 номинала) и через заслонку (исполнительный механизм) 1 поступает в трубопровод отбора воздуха от 7 ступени;

- от 7 ступени при всех режимах работы двигателя (кроме малых) и через обратный клапан 3 поступает в трубопровод, где смешивается с воздухом от 9 ступени.

Включение и выключение отбора воздуха от компрессора производится:

- от 9 ступени заслонкой 1;

- заслонкой 2 от регулятора расхода воздуха с помощью переключателя, имеющего положения автоматического и ручного управления.

Включение и выключение заслонки 1 осуществляется по электрическому сигналу от концевых выключателей (КВ) на рычаге управления двигателем (РУД). Также заслонка 1 закрывается по сигналу превышения температуры в системе (свыше 270^ºС) от регулятора температуры. При ручном отключении отбора воздуха перекрывается заслонка 1 и заслонка 2.

От регулятора скорости изменения давления

Отбор воздуха от 7 ст. компрессора

Принципиальная схема отбора воздуха от двигателя самолета Ил-86, где 1, 2- регулирующая заслонка; 3- обратный клапан

От КВ РУД

Отбор воздуха от 9 ст. компрессора

От регулятора температуры

От регулятора расхода

От регулятора температуры

Рис.2.7

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 Следующая ⇒