4. Системы кондиционирования воздуха на самолетах

4.1. Назначение систем кондиционирования воздуха

Системы кондиционирования воздуха (СКВ) предназначены для создания условий, необходимых для обеспечения нормальной жизнедеятельности и работоспособности человека в полете, а также для нормальной работы различных приборов и устройств. Основные функции, выполняемые СКВ:

- поддержание заданных режимов давления, температуры, влажности и состава воздуха, необходимого для дыхания людей в кабине;

- поддержание теплового режима в технических отсеках самолета (обогрев стекол, агрегатов водяной системы, охлаждение электро- и радиотехнических устройств и т.д.).

Особые требования, предъявляемые к СКВ современных самолетов:

1) максимально возможная степень автоматизации процессов регулирования параметров СКВ;

2) надежный контроль герметичности воздушных (особенно горячих) магистралей;

3) дублирование агрегатов, а также части систем с целью повышения надежности их работоспособности;

4) минимизация массы системы.

Безопасность полетов применительно к СКВ сводится к созданию системы с несколькими независимыми друг от друга подсистемами подачи воздуха в герметическую кабину; необходимости дублирования наиболее жизненно важных агрегатов системы; осуществлению непрерывного контроля герметичности горячих магистралей с автоматическим отключением подачи воздуха в систему при наличии опасных утечек.

4.2. Скв на легком скоростном самолете

Устройство СКВ на легком скоростном маневренном самолете проще, чем на пассажирском, так как создание комфортных условий здесь компенсируется средствами индивидуального жизнеобеспечения. Преобладающим требованием является максимальная надежность и минимальная масса системы и герметической кабины. СКВ на легком скоростном самолете поддерживает в кабине летчика и отсеках оборудования заданные температуру и давление.

При сверхзвуковых скоростях полета температура торможения наружного воздуха возрастает настолько, что при охлаждении в воздухо-воздушном радиаторе этим воздухом температура кабинного воздуха перед турбохолодильником становится слишком высокой. Поэтому, чтобы перед входом в кабину поддерживать температуру воздуха в заданных пределах, вводится третья ступень охлаждения. В таких системах, кроме воздухо-воздушных теплообменников и турбохолодильников, устанавливаются испарительные теплообменники, воздух в которых охлаждается за счет использования скрытой теплоты испарения хладагентов.

Принципиальная схема СКВ на легком скоростном маневренном самолете приведена на рис. 4.1. Здесь воздух для наддува кабины с повышенной температурой и давлением отбирается от ступеней компрессора. Для повышения надежности работы системы отбор воздуха производится от двух двигателей.

Рис. 4.1. Принципиальная схема СКВ маневренного самолета: 1 – заборник воздуха из компрессора двигателя; 2,12 – перекрывной кран; 3 – регулятор давления; 4,11 – обратный клапан; 5 – воздухо-воздушный радиатор; 6 – жидкостно-воздушный испаритель; 7 – ТХМ обдува отсеков; 8 – ТХМ для кабины пилота; 9 – регулировочный кран; 10 – влагоотделитель; 13 – штуцер подключения наземного кондиционера; 14 – увлажнитель 15 – датчик влажности; 16, 17, 19, 20 – соответственно коллекторы обдува козырька фонаря, ног пилота, подвижной части фонаря; кресла пилота; 18 – кран питания кабины; 21 – кран внешнего наддува; 22 – обратный клапан; 23 – воздухозаборник; 24 – задатчик температуры в кабине; 25 – командный прибор регулятора температуры воздуха в кабине; 26 – датчик температуры воздуха в кабине; 27 – кран-регулятор горячей линии; 28 – задатчик температуры воздуха из ТХМ; 29 – командный прибор регулятора температуры воздуха из ТХМ; 30 – аварийный клапан сброса давления в кабине; 31 – автомат регулирования давления в кабине; 32 – вакуумный клапан; ВВР1 и ВВР2 – воздухо-воздушные радиаторы первой и второй ступени.

С увеличением высоты полета плотность воздуха уменьшается, что приводит к уменьшению напорности ступеней компрессора. С целью обеспечения необходимого давления в СКВ отбор воздуха в систему автоматически переключается на другую ступень компрессора с более высоким давлением. Воздух, отбираемый от компрессора 1 самолетного двигателя, проходит через перекрывной кран 2, сетевой регулятор абсолютного давления 3, обратный клапан 4 и распределяется по холодной и горячей линиям системы.

В «холодной» линии воздух охлаждается в первичном воздухо-воздушном радиаторе 5, в жидкостно-воздушном испарителе 6 и затем распределяется на два потока. Один из них идет в кабину летчика, а второй – в отсеки оборудования.

Воздух, направляемый в кабину, проходит через вторичный воздухо-воздушный радиатор ВВР2, где охлаждается более холодным воздухом из турбо холодильника 7, который поступает в технические отсеки оборудования. Охлажденный в радиаторе ВВР2 воздух поступает в турбохолодильник 8, где окончательно охлаждается, освобождается от влаги во влагоотделителе 10 и затем, соединившись с потоком, идущим по «горячей» линии, поступает к крану питания кабины 18. Обратный клапан 11 предотвращает попадание воздуха из горячей линии в турбохолодильник 8.

Управление краном питания кабины 18 вручную позволяет подавать воздух по желанию летчика по необходимым направлениям. Автоматический регулятор давления воздуха 31 совместно с выпускным клапаном предназначен для автоматического поддержания и изменения давления воздуха в кабине по заранее заданному закону, сбрасывая воздух при излишнем давлении за пределы кабины.

Предохранительный клапан 30 и вакуумный клапан 32 сообщают кабину с атмосферой, когда давление в кабине изменяется в ту или иную сторону сверх расчетного значения. Это возможно или при отказе регулятора давления 31 или при резком снижении самолета.

Температура воздуха в кабине поддерживается автоматическим регулятором температуры 25, работающим совместно с регулировочным краном 27. Автоматический регулятор температуры состоит из блока управления 25, датчика температуры 26, задатчика температуры 24. Он обеспечивает регулирование температуры в диапазоне от 0 до 50ºС. Необходимая температура в кабине устанавливается задатчиком температуры 24. Если температура воздуха в месте установки датчика температуры 26 равна установленной на задатчике температуре, то сигнал на исполнительный механизм – регулировочный кран 27 – не поступает. В противном случае блоком автоматического управления 25 на регулировочный кран 27 будет подан сигнал на охлаждение или нагрев воздуха, поступающего в кабину.

Управление регулировочным краном 9 осуществляется автоматически в зависимости от скорости полета. При увеличении скорости полета от М = 1,5 и выше срабатывает реле 29, которое подает сигнал на регулировочный кран (заслонку) 9. При этом заслонка 9, закрываясь, увеличивает подачу воздуха в кабину через турбохолодильник 8. Часть воздуха из системы кондиционирования через воздухо-воздушный теплообменник ВВР2 и турбохолодильник 7 отводится в отсеки оборудования.

На аэродроме обогрев и вентиляция кабины и отсеков оборудования осуществляется от наземного кондиционера, подключаемого к штуцерам 13.