Общие принципы функционирования и структура СКВ. Гермокабины

Герметические кабины

Вентиляция

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.

…(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….

(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.

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.1.3. 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.1.3

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.1.4 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

Регулятор давления линии подмеса

Регулировочный клапан

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.1.4

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.1.5, где p = p_H/p_o - относительное атмосферное давление, p_H - атмосферное давление на соответствующей высоте, p_o - атмосферное давление на уровне моря.

D

C

p = p_H/p₀

0,75

0,50

0,25

Н, км

1,00

Рис.1.5. 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

Δp^изб_max

A

B

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.

Дата добавления: 2015-06-04