空氣循環機安裝于飛機左、右發動機短艙後段，是由壓氣機、渦輪和風扇組成的三輪機械軸承高速轉子部件。工作原理為：來自發動機的高溫、高壓引氣經過雙級熱交換器的初級熱交換器初步冷卻後進入到空氣循環機壓氣機內使氣流增壓升溫，然後再經雙級熱交換器的次級熱交換器冷卻，進入渦輪膨脹使壓力溫度降低以滿足飛機空調的要求，同時帶動壓縮機和風扇工作，是空調系統的核心部件。
基本介紹
- 中文名：空氣循環機
- 學科：機械工程
- 領域：機械設備
- 組成：壓氣機、渦輪和風扇
- 套用：飛機
簡介,系統描述,熱交換器,壓氣機和渦輪,故障仿真,總結,
簡介
飛機環境控制系統(Aircraft Environmental Control Sys-tem, ACES)是保證在各種飛行狀態下飛機座艙和設備艙內具有乘員和設備正常工作所需要適當條件的整套裝置，隨著航空工業技術的發展和民航客機的現代化、大型化，AECS的地位日趨重要，設備更加完善。一個良好的座艙環境，不僅關係到機上人員的生命安全，舒適的座艙條件還可以提高旅客的上座率。在AECS中的溫度調節部分主要是指加溫和製冷兩大部分，在設計和安排座艙溫度調節時，卻著重考慮製冷系統，因為製冷系統的主要附屬檔案和系統的工作原理，對整個溫度調節系統具有重要意義。大多數客機的ECS依靠空氣循環系統來實現製冷、加溫、加壓等功能。空氣循環製冷系統已經廣泛套用於民航飛機，該系統由冷熱兩部分氣體管路組成，兩支管路氣體都來自發動機壓氣機引氣，根據不同需要，旋轉空調面板溫度調節旋扭到合適位置，溫度控制器接到指令後，將接收到的管道溫度感測器與機艙溫度感測器進行比較，控制混合室的冷、熱空氣比例，得到合適的座艙溫度。根據航空公司故障彙編手冊的調查和數據統計，空氣循環系統的排故和維修非常繁瑣，由於維修人員對其內部工作原理缺乏深入認識，發生故障時，若只是盲目的更換部件，而不能對故障進行準確的定位，這樣不僅耗費人力，增加維修成本，甚至影響飛行安全。
系統描述
飛機空氣循環製冷系統的作用是使用冷卻裝置(渦輪冷卻器和熱交換器)，使高溫引氣冷卻，形成冷路空氣，主要工作原理：利用發動機引氣作為供給空氣，高壓空氣經過初級熱交換器初步冷卻，進入壓氣機，壓縮成高溫高壓氣體，然後在次級熱交換器里冷卻、消除壓縮熱，最後在冷卻渦輪中膨脹降溫，帶動壓氣機工作。冷路空氣溫度和壓力在渦輪出口得到大幅度降低，再與熱路空氣按一定比例混合後通向機艙。
熱交換器
熱交換器是把熱量從一種載熱介質傳遞給另一種熱介質的設備。在製冷系統中，熱交換器用來冷卻進入渦輪前的熱空氣。一般系統中，主要部分的冷卻都是由熱交換器來完成，因此它對空氣循環系統性能有較大影響。儘管在飛機製冷系統中使用的熱交換器類型較多，但總的來說，他們都屬於間壁式熱交換器，即熱流體與冷流體間的熱交換是通過分離它們的隔板熱傳導及隔板與流體之間的對流換熱來進行的。隨著有色金屬、不鏽鋼防腐處理技術和釺焊工藝技術的提高，近年來在化工、石油化學、航空、車輛、動力機械、電子和原子能等工業部門中得到了廣泛的套用。該系統採用的是板翅式熱交換器，因其結構緊湊、體積小、換熱效率高的優點，被認為是最有發展前途的新型熱交換設備之一。
壓氣機和渦輪
壓氣機是一種用機械方法把能量傳給可壓縮氣體的裝置，它的壓縮比大於1.05。因此，隨著壓縮過程中壓力和溫度的變化，氣體密度的變化不能被忽略，即必須將氣體當作可壓縮流體來處理。壓氣機在升壓式製冷系統中，作為負荷與渦輪共同工作，壓氣機流出的高溫高壓氣流，在渦輪中膨脹做功，通過軸傳給壓氣機，再由壓氣機把功加給氣流，使其增溫增壓。
在空氣循環製冷系統中，從壓氣機引出的高溫高壓空氣首先在熱交換器中被預冷卻，然後進入渦輪被進一步降溫，經過渦輪冷卻後的空氣可直接輸入座艙供冷卻使用。渦輪冷卻器降溫基本原理是高溫高壓空氣在其中進行膨脹，同時對外作功，由於氣體內能轉換成外功，故其溫度和壓力都必然降低，從而獲得低溫低壓空氣。
故障仿真
由於AECS統系統結構複雜，大多數部件為敏感氣路控制，所以該系統故障發生率一直很高。這給飛機日常的維護和排故工作帶來了很大困難。飛機故障彙編手冊中數據顯示，空氣循環機是經常發生故障的主要部件之一，尤其是組件出口溫度過高的故障，比如流量控制活門(FCV)發生故障時，會導致引氣流量失去控制;熱交換器發生堵塞時，會影響引氣的流通面積和傳熱效率等;衝壓空氣活門(Ram AirDoor)發生故障時，衝壓空氣流量增大，渦輪溫降就會增加，影響座艙溫度調節。
總結
由於空氣循環系統結構複雜，設備故障原因繁多，同時維修人員對設備故障機理的經驗和知識欠缺，使得維修成本增加，維修效率也降低。傳統的定期維護和例行檢查雖然降低了故障發生機率，但這種方法在一定程度上滿足不了企業的需求，同時缺乏實時性。通過對空氣循環機的各部件的工作原理進行了深入分析，建立了較準確的數學模型，同時實現了對飛機空氣循環機日常維護中經常出現的故障進行了仿真研究。
