座艙環境控制系統

現代客機廣泛採用增壓密封艙，一般來說，這些增壓密封艙包括駕駛艙、客艙、設備艙及貨艙部分。飛機座艙環境控制系統的基本任務是：在各種不同的飛行狀態和外界條件下，使飛機的駕駛艙、旅客艙、設備艙及貨艙具有良好的環境參數，以保證駕駛員和乘客的正常工作條件和生活環境，確保設備的正常工作及貨物的安全。飛機座艙環境參數主要是指座艙空氣的溫度、壓力和壓力變化率，其他還包括空氣的流速、濕度、清潔度和噪聲等。為保證座艙內部條件良好，應使這些參數維持在規定範圍內，因而必須採取相應的技術措施，需要各種機械和自動控制裝置以及安全保護指示設備。

隨航空技術的發展和民用飛機的現代化、大型化，飛機座艙環境控制系統的作用和地位日趨重要，其設備日益完善，性能更為先進。一個良好的座艙環境不僅關係到機上人員的工作條件和生命安全，舒適的座艙環境還可以提高飛機的客座率。

基本介紹

• 中文名：座艙環境控制系統
• 外文名：enviroIunental control system
• 所屬領域：航空航天
• 縮寫：ECS
• 組成：氣源與供氣量調節裝置等
• 用途：使飛機具有良好參數

研發歷程

第2代戰鬥機的座艙環境控制系統(enviroIunental control system，ECS)，絕大部分仍採用簡單式空氣循環系統，其供氣量和製冷量已達到頂點，所以，存在嚴重的座艙熱負荷。蘇-27飛機是國外第3代戰鬥機的代表機種，雖然其ECS仍採用了第2代戰鬥機上使用的簡單式低壓除水系統，但由於採用了燃油一空氣散熱器和高壓水分離器，可顯著改善座艙溫度環境。儘管如此，在給座艙供氣量等方面蘇-27飛機還略遜於西方國家生產的第3代戰鬥機。現將蘇-27飛機與F-18飛機座艙供氣量等作一比較。蘇-27飛機除高空飛行時外，其它任何飛行狀態時的座艙供氣量恆定在300±20 kg/h；而F-18飛機根據飛行狀態變化，控制系統以自動的按供氣量曲線調節供給座艙的流量，即在300-415 kg/h之間變化。可以看出，F-18飛機比蘇-27飛機的座艙供氣量大1/4。我們曾對蘇-27飛機飛行員關於該機種座艙ECS性能進行了調研。他們認為，在炎熱季節高空飛行時，蘇-27飛機的ECS可滿足其控制要求，但當飛行高度<2000m時，座艙溫度仍很高，飛行中有悶熱感，下飛機後衣服幾乎濕透，顯然ECS提供的製冷量太小。

組成

飛機座艙環境控制系統主要包括氣源與供氣量調節裝置、座艙溫度調節裝置、座艙壓力調節裝置和座艙空氣分配系統四大部分。

氣源與供氣量調節裝置

氣源系統的功用是提供具有一定流量、壓力和溫度的增壓空氣到用壓系統。

在裝有渦噴發動機或渦扇發動機的飛機上，通常都利用發動機的壓縮器作為氣密座艙的空氣增壓裝置(增壓氣源)，利用壓縮器向座艙供氣比較簡便，對發動機工作的影響也不大，它的缺點是：發動機工作狀態改變時，供氣量會產生較大的變化，這對保持座艙內適當的壓力和溫度是不利的；此外，如果煤油、滑油蒸氣進入發動機就有可能隨增壓空氣進入座艙，影響空氣的清新。

有的飛機裝有專門的座艙增壓器來向座艙供氣，這種增壓器可以由發動機直接帶動、或由電動機、液壓馬達等其他動力來帶動。現代民航飛機的氣源主要來自燃氣渦輪發動機壓氣機、輔助動力裝置(APU)或地面氣源。可用於空調和增壓系統供氣、大翼前緣及發動機前緣整流罩熱防冰、發動機的啟動、水箱及液壓油箱增壓氣源、驅動液壓泵等。

供氣量調節裝置用來自動調節輸人座艙的增壓空氣量，使它不受或少受發動機轉速、飛行速度、飛行高度變化的影響。

供氣量調節裝置由絕對壓力調節器和文氏管組成，其工作原理如下：絕對壓力調節器的作用，是使其出口(即文氏管進口)的增壓空氣絕對壓力P保持一定。從壓縮器來的增壓空氣，有調節器上部的接頭進入，經套筒活門和活門上的進氣孔，從側面的接頭流入文氏管。當出口壓力P符合規定值時，膜盒上的氣壓作用力和彈簧的張力p膜盒彈贊保持平衡，活門進氣孔的開度保持不變。如果來自壓縮器的增壓空氣壓力P₀增大，使調節器的出口氣壓超過規定值，則膜盒上的氣壓作用力就會大於膜盒和彈簧的張力，使膜盒收縮，套筒活門下移，關小進氣孔。這樣，空氣流過進氣孔的壓力損失增大，出口氣壓就回降，直到膜盒上的氣壓作用力和彈簧的張力重新平衡，活門停止移動為止。由於活門和彈簧的張力剛度較小，調壓過程中活門的行程又不大，可以認為膜盒和彈簧的張力基本保持不變。因此，調節器的出口氣壓能基本上保持不變。

座艙溫度調節系統

座艙溫度調節的基本方法是保持供氣量基本恆定，控制供給座艙的空氣溫度(即供氣溫度)以滿足座艙適宜溫度要求。

壓縮空氣從氣源總管流出，在進入空調組件前，流經流量控制活門(又稱為組件控制活門)：流量控制活門控制通往空調組件的空氣流量，還可以起到組件關斷的作用。流量控制活門將供向座艙的空氣量保持在一個恆定值，這樣就可將座艙溫度調節和座艙壓力調節分開，調節座艙溫度時，座艙壓力不會隨之波動。反之，調節座艙壓力時，座艙溫度也不會隨著變化。

冷卻系統的作用是使用空氣循環製冷系統，使高溫引氣冷卻，形成冷路空氣。電子式座艙溫度控制器接受來自座艙溫度感測器、供氣管道溫度感測器、供氣管道極限溫度感測器及溫度選擇信號，經過合成放大後向溫度控制活門發出信號，控制活門的開度．從而控制冷熱路空氣比例，保證供給座艙一定溫度的混合空氣，使座艙溫度保持在要求範圍內。

從每個空調組件流出的空調空氣都進入混合總管，並通過側面立管送至客艙側壁和頂部供氣口進入客艙。

座艙壓力調節系統

美國聯邦航空局(FAA)規定：當飛機以最大飛行高度飛行時，座艙及行李艙的氣壓高度不得超過8 000 ft(2 400 m)。當飛機需要在25 000 ft以上高度飛行時，必須保持座艙內氣壓高度不超過15 000 ft(4 500 m)。座艙壓力調節系統基本任務就是保證在給定的飛行高度範圍內，座艙壓力及其變化率滿足乘員較舒適生存的需求，而且還要保證飛機結構的安全。

氣密座艙內空氣絕對壓力(或氣壓高度)和余壓隨飛行高度變化的規律，稱為座艙壓力制度。常見的壓力制度有兩種：三段式和直線式，從起飛、爬升到巡航這一過程分析，三段式分為自由通風、座艙壓力保持和余壓保持i個階段；直線式分為地面預增壓和比例控制。

常採用電子電動式壓力控制系統執行直線式座艙壓力制度，座艙增壓控制器發出電信號，控制排氣活門的驅動電機工作，帶動排氣活門開關，從而控制座艙的排氣量及座艙壓力。

系統要求

座艙壓力是氣密座艙內空氣的絕對壓力，通常以座艙高度來表征，即座艙內空氣絕對壓力所對應的海拔高度。根據試驗得出，旅客機舒適的座艙高度為0～2 400 m。安全座艙高度為3 000 m。在民用運輸機上，當座艙高度達到安全座艙高度時，通常設有座艙高度警告信號，向機組成員發出警告。

座艙高度變化率是指座艙壓力變化的快慢程度，它受飛機座艙壓力制度和飛機升降率的影響。座艙高度變化過快會使中耳產生不適感(脹耳或壓耳)，嚴重時中耳會發生氣壓性損傷。民用運輸機對座艙高度變化率規定得較為嚴格，一般為：上升率牛500 ft/min(約2.67 m/s)，下降率牛350 ft/min(約1.75 m/s)。

余壓是指飛機氣密座艙內外大氣壓力之差。如果座艙內氣壓始終保持海平面氣壓，則人員最為舒適。但這時如果飛機在高空，則座艙余壓很大，要求的結構強度大，飛機重量隨之增大，同時有爆炸減壓的潛在危險。解決辦法是在滿足人體生理需要的基礎上，確定座艙內的氣壓應高于飛機飛行高度的氣壓，但低于海平面氣壓。對於噴氣式飛機，最大余壓為7～9 PSI，渦槳式飛機最大余壓為5～7 PSI。

現代飛機的飛行高度和地區變化範圍很大，環境溫度變化也就很大，因此有必要對座艙甚至貨艙進行加溫或冷卻，以使座艙內溫度舒適：根據航空醫學要求，最舒適的座艙溫度為20～22 ℃，正常保持在15～26℃舒適區範圍內。當空氣濕度大時，高溫條件有“悶熱”感，低溫條件有“濕冷”感；當空氣濕度小時，人將會感到鼻腔、喉嚨黏膜乾燥。所以對座艙內空氣濕度也有一定要求。因為旅客機乘員較多，故空氣濕度因呼吸而偏大，因而向座艙的供氣應除水。

座艙通風換氣主要為了保證座艙空氣壓力、溫度及新鮮的要求。在正常情況下，每人每分鐘需要0.7～0.9 kg的新鮮空氣，每人所需的舒適空間為1～1.8 m³。旅客機座艙換氣次數不能少於每小時25～30次。座艙內空氣流動速度也不能太大，以不超過1 m/s為宜，個人通風口則不超過3 m/s。

為了滿足上述要求，民用運輸機大多採用通風式氣密座艙。它的基本特點是：利用外界大氣，經發動機壓氣機增壓，並進行溫度和壓力調節後，供往座艙；座艙內的空氣又可經排氣活門排出機外，通過控制排氣活門的開度，可調節排氣量以實現座艙壓力調節和保證座艙內的空氣新鮮。