马春香，赵文婷，刘治博，施振飞，陈 伟

（中航工业洪都，江西南昌330024）

0 引言

某教练机某设备需要环控系统进行通风冷却，要求满足强迫风冷散热量3.8kW。而中低空冲压空气含湿量较大，为了保证无游离水或冰进入某设备舱，环控系统不能单纯采用冲压空气冷却，气源必须使用发动机引气。而发动机可供引气量有限，不允许再做一套系统来冷却某设备舱，所以开展采用座舱排气作为冷源来给某设备进行通风冷却的技术研究。

1 系统设计

利用座舱排气为某设备提供通风冷却的方案即从座舱压力调节器排气活门处接一管路将座舱的排气通给某设备机箱（原理见图1）。

1.1 制冷量理论计算

1.1.1 某设备通风冷却要求

风量：≥400kg/h，强迫风冷散热量：3.8kW

图1 座舱排气供某设备通风冷却原理

1.1.2 制冷量计算

根据公式，制冷量Φ＝qcp(tc-ti)；[1]

式中:

q为供气流量；

cp=1.0 kg/(kg·K)为空气的质量定压热容；

t=55℃为某设备舱排气温度；

ti为供气入口温度。

经过计算，得出座舱排气可为某设备通风冷却提供的制冷量如表1所示。

1.1.3 计算结果分析

从计算得出的结果可以看出，座舱排气可提供的制冷量在11000m时最低，为3.95kW，而某设备需求的制冷量为3.8kW。因此，环控系统某设备通风冷却采用座舱排气提供冷源，其制冷量可以满足某设备的通风冷却需求。

表1 座舱排气可为某设备通风冷却提供的制冷量表

1.2 管路设计

经过总体协调，结合飞机上的空间、排气活门尺寸和某设备机箱进风口形状，设计出了从座舱压力调节器出口至某设备机箱的管路，管路图形如图2所示。

图2 某设备通风冷却供气管路

2 地面模拟试验

2.1 某设备和某设备通风管路阻力特性试验

试验原理如图3所示。

图3 某设备和某设备通风管路阻力特性试验原理

某设备通风管和某设备阻力特性试验结果见表2。

从以上试验结果可以看出，某设备通风管和某设备的总流阻、某设备的流阻均随供气流量的增加而增加。供气流量由229.3kg/h变化到699.61kg/h时，某设备通风管和某设备的总流阻由1.4kPa增加到10.9kPa，而某设备的流阻所占比重较大，由1kPa增加到8.1kPa。

表2 某设备通风管和某设备阻力特性试验数据

2.2 安装某设备和某设备通风管前、后分别进行座舱压力调节器静、动态联合试验

试验原理如图4所示。

图4 安装某设备和某设备通风管前、后的座舱压力调节器静、动态联合试验原理

图5 安装某设备和某设备通风管前、后的压调静态特性

将供气流量为400kg/h的状态试验结果绘制出静态特性曲线见图5。

从图5可以看出，在自由通风区，有某设备和某设备通风管的座舱压力要大于没有安装某设备和某设备通风管的座舱压力；在绝对压力调节区，有某设备和某设备通风管的座舱压力与没有安装某设备和某设备通风管的座舱压力基本一致。这是因为在在自由通风区，排气活门后安装了某设备通风管和某设备后，给从压力调节器出来的气体增加了流动阻力；而在绝对压力调节区，由于压力调节器的压力调节作用，抵消了某设备和某设备通风管的流动阻力的缘故[2]。

供气流量为400kg/h的状态座舱余压曲线图见图6。

从图6可以看出：

1）飞机俯冲时两种安装方式的座舱余压曲线比较

在飞机俯冲阶段，飞机从飞行高度为14000米的高度上开始俯冲，没有安装某设备和某设备通风管状态下的座舱余压为26.98kPa，随着飞行高度的降低，座舱余压逐渐减小，到达自由通风区后座舱压力只比大气压力高出一点 （压差为排气活门的阻力）；在安装了某设备和某设备通风管的座舱余压为28.9kPa，这是因为飞行高度大于10000米时，进入余压调节区，飞机座舱的余压应随着高度的变化而保持不变 （标准值为29.4Kpa）。但由于随着飞行高度的增加，座舱排出的气体密度在减小，排气阻力在增加，使得座舱余压逐渐增加，因此在10000米高度以上，由于排气阻力的影响，安装了某设备和某设备通风管的座舱压力大于没有安装某设备和某设备通风管的座舱压力。

在自由通风区，没有安装某设备和某设备通风管的座舱压力和安装了某设备和某设备通风管的座舱压力与大气压力基本相近。

在绝对压力调节区和自由通风区，两种安装方式的压力调节规律基本相当。整个俯冲阶段，座舱压力是一增加过程，环控系统供入座舱的空气流量一部分经压力调节器活门排出，另一部分用来向座舱充压，以提高座舱压力，这个过程中排气活门的排气流量要小于环控系统的供气量，因此此时排气阻力要小于正常供气时的阻力，座舱压力就要小于正常的座舱压力。

2）飞机爬升时两种安装方式的座舱余压曲线比较

在飞机的爬升过程中（3000m到10000m），座舱压力是随着高度的增加而减小。

在自由通风区，安装了某设备和某设备通风管的座舱压力变化速率有所减缓。这是因为安装了某设备和某设备通风管的座舱压力受排气阻力的影响，在同样供气流量下，随着高度的增加，排气阻力在增加，这样使得座舱压力与大气压力的差值逐步在增加，最终使得座舱压力变化速率有所减缓。

在自由通风区和绝对压力调节区的前半段，安装某设备和某设备通风管后，座舱压力大于正常的座舱压力。这是因为在爬升的过程中不仅由空调系统供给座舱的空气流量要通过座舱压力调节器的排气活门排出舱外，而且由于座舱压力的降低而多出的部分气体也需要从排气活门排出舱外，在这个过程中排气活门的排气流量大于空调系统的供气量，排气阻力要大于正常供气时的阻力，如果此时的排气阻力大于压力调节器的调节能力时，座舱压力就会大于正常的座舱压力。

图6 安装某设备和某设备通风管前、后的动态座舱余压曲线图

在绝对压力调节区的后半段和余压调节区，安装某设备和某设备通风管前、后的座舱压力基本一致，这是因为随着飞行高度的增加，座舱压力达到压力调节器的调节范围时，由于压力调节器的调压作用，抵消了排气阻力。

3 结论

1）加装了某设备和某设备通风管后增加了排气活门的排气阻力。

2）在压力调节器的静态特性中，在自由通风区，安装了某设备和某设备通风管后的座舱压力大于没有安装某设备和某设备通风管的座舱压力。在绝对压力调节区，安装某设备和某设备通风管后对座舱压力影响较小。在10000m以上余压调节区，加装了某设备和某设备通风管后的座舱压力基本保持在规定的压力值范围内。

3）在压力调节器的动态特性中，飞机俯冲时，两种安装方式对座舱压力制度的影响基本相当，无明显区别。

4）在压力调节器的动态特性中，飞机爬升时，加装了某设备和某设备通风管后使活门排气阻力增加，在自由通风区和部分绝对压力调节区致使座舱压力大于规定的值。直至10000m以上余压调节区，座舱余压基本在规定的余压值范围内。

[1]寿荣中，何慧姗.飞行器环境控制.北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[2]王浚,徐扬禾.飞机座舱参数控制.北京：国防工业出版社,1980.