Обзор существующих систем кондиционирования воздушных судов



В данной статье рассматриваются современные системы кондиционирования воздуха летательных аппаратов, их принципиальные схемы, а также достоинства и недостатки.

Ключевые слова: летательный аппарат, кондиционирование, нормальные условия существования, система кондиционирования,наддув, воздухо-воздушный теплообменник, турбохолодильник, испарительный теплообменник

Летательный аппарат (ЛА) — это техническое устройство, предназначенное для полетов в космическом либо воздушном пространстве. Чем выше ЛА поднимается над поверхностью земли, тем больше отличаются условия за его бортом от нормальных наземных условий существования человека. В первую очередь это понижение температуры и атмосферного давления.

Как известно экипаж и оборудование могут существовать в нормальных наземных условиях либо при их незначительных отклонениях. Такие условия создаются системами жизнеобеспечения ЛА и экипажа, одной из которых является система кондиционирования воздуха (СКВ).

Кондиционирование воздуха представляет собой автоматическое поддержание в помещениях требуемых параметров воздуха с целью создания, главным образом, оптимальных (комфортных) условий жизнеобеспечения людей. Кондиционирование воздуха и комплекс технических решений в совокупности представляют собой систему кондиционирования воздуха (СКВ).

В состав СКВ входят технические средства приготовления, перемешивания и распределения воздуха, приготовления холода, а также технические средства хладо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля [2].

Системы кондиционирования ЛА являются частным случаем СКВ, в них осуществляется обработка воздуха в более сложных условиях и по большему числу параметров, таких как температура, относительная влажность, чистота, скорость движения [1]. Данные системы находятся на более высоком уровне по сравнению с наземными системами кондиционирования.

СКВ воздушных судов предусмотрены для создания и поддержания в них:

– установленных нормами допускаемых условий воздушной среды;

– искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями производства;

– оптимальных (или близких к ним) гигиенических параметров воздушной среды в производственных помещениях;

Рис. 1. Схема размещения элементов системы кондиционирования: 1 — выпускные и предохранительные клапаны; 2 — клапан сброса; 3 — вентиляторы охлаждения радиоаппаратуры; 4 — распределительный трубопровод кабины экипажа; 5 — рециркуляционный трубопровод; 6 — кабина холодильной установки; 7, 21 — холодильный испарительные установки; 8, 22 — распределительные трубопроводы пассажирской кабины; 9 — рециркуляционный трубопровод. 10 — подводящий трубопровод левой системы; 11, 16, 18 — воздухозаборники, 12, 17 — кабинные нагнетатели, 13 — выпускной и предохранительный клапаны; 14, 24 — устройство для увеличения тяги; 15 — теплообменник; 19 –подводящий тркбопровод правой системы; 20, 23 — подводящий трубопровод жалюзи

В общем случае бортовая система кондиционирования в герметичной кабине при любых атмосферных условиях и для всех режимов полета должна поддерживать заданные давление, температуру, влажность, физико-химический состав воздуха, а также допустимый уровень шума [1].

В соответствии с этими задачами в СКВ воздушных судов (рис.1):

1. агрегаты оборудования;
2. приборы автоматического регулирования;
3. приборы ручного управления;
4. контрольная аппаратура;
5. сигнализационная аппаратура;
6. вспомогательное оборудование.

Основные требования норм летной годности самолетов к работе СКВ:

1. СКВ ЛА должна обеспечивать заданные параметры воздух на всех режимах полета, а также на земле независимо от внешних климатических условий.
2. Функционирование СКВ в кабине не должно зависеть от работы других систем, использующих общие с ней источники сжатого воздуха.
3. СКВ должна состоять из основной и дублирующей подсистем, где вторая подсистема поддерживает нормальные условия существования экипажа, пассажиров и оборудования при выходе из строя первой.
4. Температура воздуха в кабине и в отсеках должна задаваться и управляться независимо.
5. На ЛА с продолжительностью полета больше двух часов необходимо предусматривать систему увлажнения.

На воздушных судах применяют следующие виды СКВ:

1. Одноступенчатые двухкаскадные системы кондиционирования воздуха;
2. Одноступенчатые трехкаскадные системы кондиционирования воздуха;
3. Двухступенчатая четырехкаскадная система кондиционирования воздуха.

Рассмотрим некоторые из перечисленных систем кондиционирования воздуха.

Одноступенчатые двухкаскадные системы кондиционирования самолетов делятся на систему с конвективным теплообменом (см. рис.2) и систему с панельным теплообменом (см. рис.3).

В СКВ с конвективным теплообменом атмосферный воздух забирается воздухозаборником, очищается от механических примесей в фильтре и поступает в компрессор двигателя. Основная масса воздуха после сжатия в компрессоре направляется в камеру сгорания самолетного двигателя, а часть его отбирается в СКВ кабин. После воздух проходит перекрывной кран, регулятор — ограничитель абсолютного давления, обратный клапан, газовый фильтр и через распределительный кран поступает в другие агрегаты системы кондиционирования [1].

Воздух охлаждается в воздухо-воздушном теплообменнике забортным воздухом, подаваемым под скоростным напором или нагнетаемым вентилятором турбохолодильника непосредственно на турбину или в компрессор. При этом первым каскадом охлаждения является теплообменник, а вторым — турбохолодильник.

Окончательно охлажденный воздух поступает во влагоотделитель для предотвращения попадания влаги в СКВ. Но перед поступлением в коллектор кабины воздух увлажняется. Из коллектора воздух направляется по трубопроводам к отдельным агрегатам и в кабину.

Температура воздуха в пассажирской кабине регулируется при помощи термостата.

Рис. 2. СКВ с конвективным теплообменом: 1-воздухозаборник двигателя; 2,9-фильтры(ф); 3-компрессор двигателя(к); 6,27-обратные клапаны; 7-штуцер к наземному кондиционеру; 8,18,26,58,61-заслонки; 10-распределительный кран; 11-сепаратор влаги; 12,64-генераторы тепла; 13-воздухозаборники теплообменника; 14-воздухо-воздушный теплообменник(ВВТ); 15-выходная заслонка; 16-турбохолодильник(ТХ); 17-влагоотделитель; 19-глушитель шума: 20-расходомер воздуха; 21-смеситель; 22-датчик температуры; 23-задатчик температуры; 24,44-регуляторы расхода (Рр); 25,55-увлажнители; 28-воздух из туалета; 29-привод заслонки; 30-заслонка; 31-регулятор влажности (Рв); 32,33,39-распределители воздуха; 34-пассажирская кабина; 35-термостат; 36-электромагнитный клапан; 37-бак для воды; 38-термометр; 40-сервопривод; 42-регулятор давления(Рд); 43,46-предохранительные клапаны; 44,62-межкабинные клапаны; 45-бчок для воды; 47-ограничитель температуры остекленения; 48-осушительный патрон 49-щиток; 50-кабина экипажа; 51-электромагнитный клапан; 52,63-расходомер; 53,67-дроссельная заслонка; 54-регулятор влажности; 56-воздух в камбуз; 57-термостат; 59-воздух в туалет; 60-выброс воздуха в атмосферу; 65-регулятор давления; 66-воздухозаборник; 68-воздух из атмосферы

Рассмотренная система кондиционирования получила широкое распространение, но она имеет два существенных недостатка: перепад между температурой внутренней стенки кабины и воздухом и неравномерность распределения охлаждающего воздуха по кабине, вследствие чего температура воздуха может отличаться от требуемой.

Для их устранения используют систему кондиционирования с панельным теплообменом, в которой воздух, отбираемый от двигателя, поступает в воздухо-воздушный теплообменник и турбохолодильник. Далее воздух поступает через обратный клапан, увлажнитель и другие элементы системы в обогревательные панели кабины, саму кабину экипажа и пассажирскую кабину. После он выбрасывается в атмосферу через насадки [1].

Рис. 3. Система кондиционирования с панельным теплообменом:1-отбор воздуха из двигателя; 2-перекрывной кран; 3-ограничитель давления; 4,5,33-обратные клапаны; 6-заслонка к противооблединительной системе; 7-перекрывной кран; 8-дроссельная заслонка; 9-перекрывной кран эжектора; 10-перекрывной кран дублирующей системы; 11-перекрывной кран основной системы; 12-турбохолодильная установка дублирующей системы(ТХУ); 13-обратный клапан; 14-эжектор дублирующей системы(Э); 15-бак для воды; 16-воздухоподводящие отверстия; 17-соленоидный клапан; 18-усилитель; 19-увлажнитель; 20-фильтр(Ф); 21-регулятор давления в кабине (Рд)4 22,26-предохранительный клапан; 23-насадки; 24-термостат; 26-регулятор давления(Рд); 27-перепускной клапан; 28-синхронизатор расхода; 29-распределительный кран; 30-регулятор расхода(Рд); 31-глушитель шума; 32-задатчик расхода; 34-перекрывной и распределительный кран; 35-перепускной клапан; 36-турбохолодильник(ТХ); 37-воздухо-воздушный теплообменник(ВВТ); задатчик влажности; 39-датчик влажности; 40-термостат

Главный недостаток рассмотренной СКВ — утяжеление конструкции воздушного судна.

На самолетах с большими скоростями полетов и малыми габаритами, например, на истребителях, применяются преимущественно одноступенчатые трехкаскадные системы кондиционирования.

В данной системе третья ступень представлена в качестве испарительного теплообменника, в котором происходит охлаждение воздуха, прошедшего первые две ступени — воздухо-воздушный теплообменник (ВВТ) и турбохолодильник (ТХ).

Испарительные теплообменники работают по открытому циклу, при этом воздух охлаждается за счет скрытой теплоты испарения хладагентов.

В отличие от СКВ самолетов на вертолете Ми-26Т система кондиционирования использует горячий воздух, отбираемый за четвертой ступенью каскада высокого давления компрессоров двигателей. В случае выхода из строя одного из двигателей работоспособность системы обеспечивается другим. Кроме этого на вертолете предусмотрена вентиляция кабины экипажа наружным воздухом.

В наземных условиях при неработающих двигателях горячий воздух для СКВ подается от бортовой вспомогательной силовой установки ТА-8В или от наземной установки воздушного запуска. Конструктивно СКВ выполнена таким образом, что позволяет включать кондиционирование воздуха экипажа и обогрев грузовой кабины как одновременно, так и раздельно [4].

Система регулирования давления обеспечивает наддув и поддержание требуемого избыточного давления в кабинах экипажа и сопровождающих.

В состав СКВ входят подсистемы:

– подача воздуха;

– распределение воздуха;

– кондиционирование воздуха в кабине экипажа;

– обогрев грузовой кабины;

– регулирование давления.

Основные агрегаты СКВ размещены под полом кабины экипажа с левой стороны, между шпангоутами ЗН и 5Н. Управление системой кондиционирования воздуха осуществляется со специального щитка, расположенного на левом пульте бортинженера. Схема размещения системы кондиционирования вертолета Ми-26Т представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Схема размещения системы кондиционирования воздуха: 1-заслонка; 2-блок согласования; 3-ручная заслонка; 4-приемник температуры; 5-внутрикабинный термометр; 6-электровентилятор; 7-обратный клапан; 8-блок агрегатов; 9-блок управления; 10-сигнализатор оборотов; 11-измерительный комплекс давления; 12-прибор вычисления расхода воздуха; 13-перекрывная заслонка; 14-сигнализатор давления; 15-двигатель; 16-регулятор избыточного давления; 17-сигнализатор температуры; 18-регулирующая заслонка; 19-блок управления автоматического регулятора температуры; 20-воздухо-воздушный радиатор; 21-датчик расхода воздуха; 22-эжектор; 23-заслонка с электромеханизмом

В данной статье был выполнен обзор существующих систем кондиционирования воздушных судов. А также рассмотрены основные виды СКВ самолетов и изучена СКВ вертолета Ми-26Т.

Литература:

1. Воронин Г. И. Системы кондиционирования воздуха на летательных аппаратах: учебник / Г. И. Воронин — М: Машиностроение, 1973. — 443с.
2. Явнель Б. К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха: учебник / Б. К. Явнель — М: Агропромиздат, 1982. — 223с.
3. Доссат Рой Дж. Основы холодильной техники: учебник / Рой Дж. Доссат — М: Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 520с.
4. Сорокин А. В. Конструкция вертолетов: учебное пособие / А. В. Сорокин — Ростов-на-Дону, 2010–123с.