7. Назначение, состав и принцип действия системы автоматического регулирования давления и температуры воздуха в кабинах.

ТЕМПЕРАТУРА

Регулирование температуры воздуха в кабине самолета чаще всего осуществляется с помощью изменения количества тепла, содержащегося в воздухе, отбираемом от компрессора ГТД для вентиляции кабины. Практически это сводится к охлаждению воздуха, поступающего в кабину для скоростных самолетов, и к подогреву воздуха для самолетов с малыми скоростями.

На рис. 11.4 приведена одна из возможных принципиальных схем подачи воздуха в гермокабину современного самолета. От компрессора ГТД горячий воздух (с температурой + 300÷400 С) поступает в распределитель 4, являющийся исполнительным устройством регулятора, температуры. Далее воздух поступает либо непосредственно в кабину, либо на вход воздуховоздушного радиатора 3 ( ВВР). Охлаждение в ВВР производится атмосфер­ным воздухом, засасываемый в каналы радиатора вентилятором 6, сидящим на одном валу с турбиной 7. При скоростях полета, соответствующих числу М = 1,5 и выше, хладагентом служит воздух, забираемый из гермокабины. В некоторых системах для охлаждения воздуха используются испарительные теплообменники, хладагентом в которых является испаряемая жидкость, или топливо-воздушные теплообменники. Далее воздух с температурой +93^оС. подводится к турбине 7 турбохолодильника и приводит ее во вращение. Нагрузкой для турбины служит вентилятор 6. Совершая работу, воздух теряет началь­ную скорость, приобретенную им при расширении в соплах турби­ны. В результате на выходе из нее воздух имеет меньшие ско­рость, давление и температуру (+15⁰ С) Хладагентом в теплообменнике называется охлаждающее вещество, используемое для охлаждения теплоносителя (охлаждаемого вещества).

С целью получения максимальной эффективности турбохолодильника иногда применяется регулятор степени расширения воздуха, обеспечивающий постоянное отношение Р₃/Р₄ (рис.1) давлений до и после турбины, а следовательно, и заданную постоянную скорость вращения.

Рис. 1. Схемаполучения максимальной эффективности турбохолодильника

Из турбохолодильника воздух поступает в общую магистраль, в которую может подводиться и горячий воздух. Смешением горячего и холодного воздуха в определенных соотношениях достигается необходимая температура в кабине.

Поддержание заданной температуры воздуха в кабине осуществляется с помощью регулятора температуры. Чувствительный элемент 2 регулятора через усилитель I управляет электродвигателем исполнительного механизма 4. Последний изменяет положение заслонок 5, обеспечивая необходимое соотношение между количеством горячего и холодного воздуха, поступающего в кабину.

Электрическая схема регулятора температуры воздуха в кабине РТВК-431. Термостат регулятора, устанавливаемый в кабине, состоит из чувствительного элемента - биметаллической спирали 5, контактного устройства 4 и электромагнита 8 жесткой обратной связи. Контактное устройство 4 управляет обмотками реле Р1 и Р 2. При отклонении температуры воздуха в кабине от заданной биметаллическая спираль поворачивает рычаг 7, замыкая средний контакт с одним из крайних реле Р1 или Р2 включает электродвигатель 2, который поворачивает дроссельные заслонки в магистралях горячего и холодного воздуха в направлении восстановления заданной тем­пературы. Одновременно перемещается щетка потенциометра обрат­ной связи I, изменяя величину тока в обмотке электромагнита 8. При этом воздействие электромагнита на рычаг 7 спирали изме­няется так, чтобы замкнутые контакты разомкнулись до достиже­ния заданной температуры воздуха в кабине. Такое упреждение выключения электродвигателя необходимо вследствие большой тепловой инерционности как самой кабины, так и системы регу­лирования. Без подобной обратной связи заслонки будут перио­дически перекладываться из одного крайнего положения в другое, т.е. совершать автоколебания. Температура при этом в кабине тоже будет непрерывно колебаться в широких пределах.

При необходимости управление электродвигателем 2 можно осуществлять в ручную с помощью переключателя 3.

На термостате имеется маховичок 6 задатчика температуры со шкалой, отградуированной в градусах Цельсия. Вращением его можно изменять натяжение биметаллической пружины, задавая определенные значения регулируемой температуры. Для повышения быстродействия регулятора чувствительный элемент иногда обду­вается поступающим в кабину воздухом. Регулятор поддерживает заданную температуру с погрешностью, не превышающей 2,5°С.

Кроме рассмотренного регулятора температуры применяется полупроводниковый регулятор типа ТРГ с терморезисторным чувствительным элементом.

Вывод: создать микроклимат с заданными параметрами возможно только в герметических кабинах (ГК) или отсеках. Большинство современных самолетов имеет герметические кабины вентиляционного типа.

Регулирование температуры воздуха в кабине самолета чаще всего осуществляется с помощью изменения количества тепла, содержащегося в воздухе, отбираемом от компрессора ГТД для вентиляции кабины. Практически это сводится к охлаждению воздуха, поступающего в кабину для скоростных самолетов, и к подогреву воздуха для самолетов с малыми скоростями.

ДАВЛЕНИЕ

Состав атмосферного воздуха до высоты 30 км практически остается неизменным: 78,04% азота, 20,93% кислорода, 0,03% углекислоты и менее 1% других газов. Однако уже с высот 2,5—3 км человеческий организм начинает ощущать недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе, несмотря на то, что общее, количество вдыхаемого в единицу времени воздуха может оставаться постоянным (за счет увеличения частоты дыхания и глубины вдоха). Объясняется это тем, что для дыхания оказывается наиболее существенным парциальное давление кислорода, а не его процентное содержание.

Под парциальным давлением кислорода (как и любого дру­гого газа) понимается то давление кислорода, которое приходится на его долю из давления общей газовой смеси. Другими словами, если из данного замкнутого объема¹ атмосферного воздуха, имеющего давление р, удалить все газы, кроме кислорода, то давление в данном объеме уменьшится до величины р₀ парциального дав­ления кислорода. Это давление кислорода и воздействует на орга­низм человека, находящегося в атмосфере. Чем больше величина парциального давления, тем большим количеством кислорода .на­сыщается кровь человека. Как известно, с увеличением высоты полета уменьшается величина атмосферного давления воздуха и, следовательно, уменьшается парциальное давление кислорода. Это, в свою очередь, уменьшает насыщение крови членов экипажа кислородом. На высотах полета свыше 4—5 км у человека начинается кислородное голодание, в результате чего время пребывания на этих высотах ограничено.

Рис. 2. Зависимости величины парциального давления кислорода от высоты при дыхании воздуха. (1) и чистым кислородом (2)

В нормальных условиях (К_Ог =21%, /?_н=760 мм рт. ст.) парциальное давление кислорода¹ во вдыхаемом воздухе равно

Парциальное давление кислорода в альвеолах легких будет меньше 150 мм рт. ст. из-за меньшего процентного содержания кислорода в альвеолярном воздухе. Зависимость величины парциального давления кислорода на входе в легкие от высоты полета в разгерметизированной кабине приведена на рис. 10.1 (кривая 1).

На основании физиологических, исследований установлено, что минимально допустимым, парциальным давлением кислорода яв­ляется давление 80 мм рт. ст., когда кровь насыщается кислоро­дом лишь на 80—85% величины нормального насыщения. Такое давление соответствует высоте 4500 км При дальнейшем увеличе­нии высоты в организме человека будут происходить серьезные функциональные расстройства, которые связаны с явлением гипоксии, т. е., с кислородной недостаточностью:

В настоящее время принимается, что парциальное давление , кислорода во вдыхаемом воздухе должно быть не менее 98 мм рт. ст.

Тогда будет обеспечена нормальная жизнедеятельность организма в течение достаточно длительного времени полета. Такому давлению соответствует высота полета в разгерметизированной кабине, равная 3000 м.

Из зависимости (рис.10.1) следует, что если во вдыхаемом воз­духе искусственно увеличивать процентное содержание К_о кис­лорода, го с увеличением высоты парциальное . давление можно' ' поддерживать постоянным.

Величина К_о процентного содержания кислорода для получения постоянного значения парциального давления P = 150 мм\рт. ст. определяется из зависимостей (ЮЛ) и (10.2) следующим образом:

Однако на высоте 10 км (Р_н = 197 мм рт. ст.) величина К_о становится равной 100%. При дальнейшем увеличении высоты парциальное давление начинает уменьшаться (кривая 2 на рис. 10.1). На высоте 12000 м парциальное давление вдыхаемого чистого кислорода становится равным. 98 мм .рт. ст. при этом атмосферное давление равно 145 мм рт. ст. Высота 12 000 м яв­ляется физиологической границей высот полетов, если дыхание осуществляется чистым кислородом при окружающем атмосфер­ном давлении.. Дальнейшее увеличение высоты полета становится возможным только в том случае, если давление вдыхаемого кис­лорода поддерживается равным не менее 98 мм рт. ст.

2.2. Влияние пониженного атмосферного давления на жизнедеятель­ность человека С ростом высоты полета на состояние организма оказывает влияние также изменение величины атмосферного давления, действующего непосредственно на тело человека. Так, с уменьшением давления уменьшается количество газов, содержащихся в жидкостях организма.

На высотах более 8000 м начинается переход, азота из раство­ренного состояния в тканях в газообразное, которое сопровож­дается болями в суставах и тканях. Боли возникают в результате механического давления пузырьков газа на нервные окончания или в результате закупорки этими пузырьками мелких кровенос­ных сосудов. Для уменьшения действия азота перед высотными полетами можно освобождать организм от азота (десатурация) путем вдыхания чистого кислорода в течение 40—60 мин.

При дыхании чистым кислородом парциальное давление азота в альвеолярном воздухе быстро уменьшается. Азот из крови переходит в альвеолярный воздух и при каждом выдохе удаляется в атмосферу. Возвратившись в ткани, кровь снова насыщается азотом, затем снова поступает в легкие, где продолжается процесс десатурации.

В условиях разреженной атмосферы может произойти закипание крови и других имеющихся в организме жидкостей, сопровождаемое массовым парообразованием в тканях и полостях организма. Это происходит при давлении 47 мм рт. ст., что соответствует приблизительно высоте 19 000 м.