连续高温,何不“上天”?

摘要: 上天感受一下飞机的空调系统,和你家里的有什么不同?

11-16 23:39 首页 翱翔

                               

连续高温,小伙伴们自嘲

“我与烧烤只差孜然”

火辣辣的太阳,高温湿热的空气,

把大家的活动范围紧紧锁定在空调房内,

网友高呼:这条命都是空调给的!

 

其实,不必拘束在空调房里嘛~

还可以飞上天,与太阳肩并肩,

因为有飞机,因为飞机有空调系统

                               



?  为什么飞机需要空调系统? ?


老师曾经讲过,民用飞机基本都是在对流层顶部到平流层底部巡航飞行。

 

在对流层中,大气的温度、密度和气压随高度的升高而降低,平均每升高一千米,温度降低6.5℃。当到达平流层,大气温度基本不随高度增加而变化,保持在零下56.5℃。大气压力随高度的增加呈指数规律迅速下降,只有海平面压力的70%。

 

人如果直接暴露在这样恶劣环境中,根本无法生存,更不用谈舒适了。那么在如此恶劣的高空气候条件下,怎样能够让旅客安全舒适地完成旅行呢?答案很简单,通过飞机的空调系统。

 

空调系统作为机载重要系统之一,其性能状况对座舱温度的控制、座舱增压的调节、乘客乘坐的舒适度以及电子设备安全工作等都起着重要作用。



?  什么是机载空调系统? ?


小伙伴们不要误以为机载空调系统就是飞机上安装一个空调这么简单噢~~


机载空调系统包含了空气分配、压力控制、制冷、加热、空气污染控制及辅助冷却等众多分系统。主要职责是在恶劣的气候条件下,通过对舱内的空气温度、压力、压力变化率、湿度、空气污染物浓度、噪声等各参数进行调节,使舱内空气环境更加安全和舒适。

 

在高空,外界空气低温(零下56.5℃)、低压,不能直接使用。飞机的空调系统利用空气循环制冷原理,将从气源系统获得的高温高压引气(引气温度通常在160℃-220℃之间),经过流量调节装置,流过两级换热器进行初步冷却,再在涡轮里进一步膨胀冷却,最终调解为温度湿度适宜的空气,供向座舱。实现这一功能的核心部件就是空调组件,集成了换热器、空气循环机(包括涡轮、压力机和风扇)、调节阀门、水分离器等部件。


图1  空调组件示意图


此外,空调系统关键的功能就是座舱温度和压力调节。控制座舱温度是通过改变冷热空气的混合比例来实现的。当系统收到驾驶员在驾驶舱控制面板设定的座舱调节温度信号和实际温度后,通过空调组件和配平空气系统等关键部件对座舱温度进行调节。

 

座舱压调系统通过调节排气活门的开度大小以控制排出座舱的空气流量,实现对座舱压力、座舱内外压差、座舱压力变化速率等参数的控制,为乘客及机组人员提供安全、舒适的压力环境。



但是,飞机君对自己有着严格的要求,空调系统也是要经过九九八十一难的考验,才可以为乘客服务,这其中就包括高寒和高温高湿试验、压调系统试验、排烟试验和臭氧浓度试验。


?  高寒和高温高湿试验 ?


我们的空调系统的功能就是在极端天气下为飞机座舱乘客提供舒适的环境,并为飞机电子设备等提供安全运行的环境。

 

高寒试验旨在验证空调系统对高寒天气的适应性,验证的天气通常在零下30℃以下,考验飞机在冷天飞行时空调系统的功能和性能。空调系统这时候就要利用其快速加温的性能,将被寒冷浸透一夜的飞机,在30分钟内,从零下30℃升高到21℃。


图2  高寒试验现场


高温高湿试验旨在验证空调系统对高温高湿天气的适应性,验证的天气通常在35℃以上,相对湿度45%以上,考验飞机在热天飞行时空调系统的功能和性能。空调系统这时候就要利用其快速冷却的性能,将暴晒两三个小时的飞机,在30分钟内,从40℃以上冷却到27℃。


图3  高温试验现场



?  压调系统试验 ?


作为朋友圈中的一名专业民机设计师,我们经常被问到一些天马行空的问题,比如说:“乘员跟飞机一起飞到30000多英尺的高空,怎么不感觉冷呢?怎么没有高原反应呢?”第一个问题很简单,因为飞机也有空调啊,虽然和家里的空调不大一样,但是效果依旧杠杠的;第二个问题的答案,则是因为有了座舱压力调节系统(下文简称压调系统)。

 

到达一定海拔高度后,人体会为适应气压差、含氧量少、空气干燥等变化而产生高原反应。飞机在四万英尺的高空巡航时,为了避免乘客承受高海拔、高度压力的影响,就需要利用压调系统调节座舱压力及相关参数至乘员舒适的范围内。

 

压调系统不会增加飞行员的负担,它自动调节座舱高度不超过8000ft,意味着即使飞机在四万英尺的高空飞行,你坐在飞机里的感觉就像在2400m的山峰,呼吸着空调给予的新鲜空气,不会有任何不适的感觉。

 

为满足适航要求,压调系统要进行自动控制飞行、手动控制飞行、正负释压等飞行试验。通过自动/手动控制飞行试验,表明压调系统能够在飞机运营的所有高度范围内,正常调节座舱压力高度。通过正负释压飞行试验,表明压调系统在设备故障的情况下,有机械设备的安全保障,不会发生座舱压差超过限制值,造成机体损伤的事件,是保证飞机安全运行的有力后盾。


图4  ARJ21飞机格尔木机场试飞



?  排烟试验 ?


飞机上到底能不能吸烟?如果在空中飞行时,万一着火冒烟了怎么办?

 

目前,无论是中国民航还是世界其他民航组织,绝大部分都有关于飞机客舱全程禁烟的规定。由于飞机客舱在飞行过程中全程封闭,空气是部分循环使用的,如果液压系统和燃油系统发生渗漏,油气进入空调系统而随空气进入客舱,遇到热源时,可能会发生爆炸,所以通常机务都要对空调系统异味故障进行严格排查。

 

万一在飞行中真的出现烟雾,就需要空调系统来帮忙,通过空调系统流量调节增加进入座舱的空气量,合理的空气分配系统设计(通常5min就能实现整个客舱换气一次)以及压调系统的调节,将座舱烟雾排出机外,保证座舱人员安全。




?  臭氧浓度试验 ?


臭氧,和维持全人类生命的氧气就差一个字,但区别却犹如天壤。与“张牙舞爪”的雾霾相比,臭氧要“低调”很多,悄悄地“隐藏”在万里晴空中,成为目前众多城市监控的大气环境污染元凶。

 

臭氧几乎能与任何生物组织反应,对呼吸道的破坏性很强。根据加拿大职业监控与安全中心的介绍:“臭氧会刺激和损害鼻粘膜的呼吸道,这种刺激,轻则引发胸闷咳嗽、咽喉肿痛,重则引发哮喘,导致呼吸道疾病恶化等,此外臭氧也会刺激眼睛,会损害中枢神经系统,让人头痛、胸痛等”。

 

由于臭氧主要分布在高空10千米至50千米的大气层中,而民航飞机的飞行高度一般是7千米至12千米。因此现代大型客机都配备了臭氧转换器,装在空调系统的前端,用来降低进入空调系统的外界臭氧浓度。

 

因此,我们不仅需要在实验室验证臭氧转换器的效率,还要通过飞行试验验证座舱臭氧浓度是否满足适航条款要求。通常选择在臭氧气体浓度较高地区飞行,测量座舱供气入口处和座舱内臭氧气体含量是否符合标准。


这就是我们飞机的空调系统

温度随心,压力随行

让您身处四万英尺高空

仍然如沐春风!


文 | 环控氧气部  简夕忠

图 | 环控氧气部  简夕忠

封面图片来源于网络

编辑|党委工作部  小畅



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