浅析飞机空调系统现状及发展方向

2018-03-23牛元源

山西建筑 2018年16期

牛元源

(南京理工大学，江苏南京　210094)

1　飞机空调系统由来

飞上蓝天像鸟儿一样自由翱翔曾经一直是人类的梦想，而飞上天际之后怎样适应那里的环境，这就诞生了飞机空调系统的雏形——保暖飞行服。在20世纪初，英吉利海峡被一名来自法国，名叫路易·布莱里奥所征服，因为技术条件的限制，飞行的距地高度与飞机承载能力都有一定的局限性，所以当时他所穿的便是保暖飞行服。直到1936年，飞机空调系统开始逐渐被安装与使用，大大改善了飞行员的飞行条件，让他们在万丈高空也能如鱼得水般施展自己的飞行能力。

2　安装飞机空调系统的必要性

2.1　高空低压

空气的重量产生了压力，地球引力又造成了大气分布的不均匀，越靠近地表的大气密度越大，故其压力就越大，而距离地表越远，则空气越稀薄，大气压力也就随着减小。当飞行员飞上高空后，大气压力便会渐渐降低，组织气肿、胃肠胀气之类的高空减压症便会接踵而来。人体之中的气体在压力降低的情况下会出现过饱和的情况，与之相随的是气泡的产生，血液循环就会受到阻碍，对神经系统也会有一定的压迫性，紧接着就会引起关节和头部的疼痛。当飞行员飞行到19 200 m时，大气压力就会降到47 mm Hg，37 ℃是水在这个压力下的沸点，可以看出它和人体的正常体温相等，在这样一种环境中暴露的人，其体内的液体会因为达到了其沸点而沸腾，汽化后的人体内液体会使人的皮肤出现水肿的现象，人体温度会逐渐降低，一直到无法生存的境地，所以改善高空低压是房间空调系统的主要任务之一。

2.2　高空低温

平流层的温度大致是-56.5 ℃，在这样寒冷的环境下，冷冻损伤或者诱发加重某些病症如哮喘、缺血性心脏病、脑卒中等情况会发生，严重时甚至威胁到生命安全。

2.3　高空缺氧

随着飞行高度的增加、大气压力的降低和空气密度的降低，单位体积氧含量的下降直接导致人体血氧饱和度降低，从而发生高原缺氧现象。当飞行到6 km时，会有严重缺氧的现象，这时人体的新陈代谢功能已经在很大程度上被破坏。继续飞行到7 km时，此时大脑皮层耗氧量的最小值已经无法被人体的新陈代谢活动所满足，大脑很快就会失去知觉，产生突然虚脱。所以为飞行员补充充足的氧气是飞机空调系统的必然要求。

3　常用飞机空调系统现状

3.1　蒸发循环

工质是液态制冷剂，并且可以在常温下发生相变。蒸发循环闭式系统由四大部分组成：蒸发器，压缩机，冷凝器和膨胀阀。低温低压的制冷剂通过蒸发器变成气态并且带走室内多余热量，通过压缩机使低温低压气态制冷剂变成高温高压气态制冷剂，之后再进入冷凝器使制冷剂与热媒交换热量后变成高温高压液态制冷剂，此时热量已经被传递出去。此时的高温高压进入膨胀阀后被节流成低温低压的液态制冷剂后进入蒸发器开始下一轮循环。可见蒸发闭式循环中的制冷剂是“热量的搬运工”，将蒸发器一端的空气中的热量吸收然后搬运到冷凝器一端，将冷凝器一端的空气加热，从而实现了热量的交换与温度的更迭。

此系统在民用机上的普遍性不及高性能飞机，不过它的经济性较好，具有节省燃油的优点，可以作为飞机空调系统发展的优化选择之一。

3.2　空气循环

工质是随处可见的空气，此循环利用压缩空气在膨胀机中绝热膨胀从而得到低温气流。它由冷空气管与热空气管两段气体管路组成。其中热空气管中是由压气机直接引来的气体，根据冷回路的设计与实现，由冷回路系统中透平冷却器的类型来分，将空气循环制冷系统分为三类：涡扇发动机、透平压缩机和涡轮压缩机风机。其原理是由飞机发动机的压气机引气，将冷空气气流与热空气气流在混合腔中混合，从而达到获得理想温度送风温度的气体。根据和旋转空调面板的温度控制旋钮至适当位置路径的季节特征的不同需求试点，温度控制器连接到输入命令飞行员，与接收管道温度传感器和温度传感器相比，热也在降温，从而控制冷空气和热空气混合室满足人体生理和工作的比例需要空气。

此系统目前被广泛应用于飞机行业之中，因为其具有的较多优点成为了被飞机制造商及飞机生产公司十分青睐的对象。