3. Управления работоспособностью высотной системы воздушных судов
3.1. Краткие сведения о конструкции и эксплуатации высотной системы
Высотная система представляет собой комплекс функционально связанных элементов, предназначенных для защиты пассажиров и экипажа от отрицательного воздействия внешней среды и обеспечения необходимых условий для их жизнедеятельности и работоспособности в кабине во время полета самолета. При полете отрицательное воздействие окружающей атмосферы проявляется в пониженном давлении и пониженной или повышенной температуре воздуха. На высотах полета, больше 4 - 4.5 км, требуются специальные меры защиты экипажа и пассажиров от отрицательного действия пониженных давлений. Эти меры должны обеспечить в кабинах определенные условия жизнедеятельности человека, абсолютное давление воздуха, его температуру, влажность, чистоту и т.д. Основным средством обеспечения высотных полетов пассажирских самолетов является применение герметических кабин и комплекса элементов высотного оборудования.
Гермокабина – это надуваемый объем фюзеляжа самолета, в котором поддерживается по отношению к внешней атмосфере избыточное давление, регулируемое по определенной программе. Все современные пассажирские самолеты гражданской авиации имеют гермокабины вентиляционного типа, где повышенное барометрическое давление создается за счет разницы между количеством нагнетаемого в них воздуха от компрессоров двигателей и количеством воздуха, выпускаемого в атмосферу. Основным источником обогрева гермокабины является тепло, которое образуется при сжатии воздуха в компрессорах двигателей, с температурой 200 – 300 0С.
Тепловое состояние людей и оборудования, находящихся в кабине, определяется одновременным воздействием форм теплообмена с окружающей средой: конвекцией, излучением, теплопроводностью и массообменом. Поддержание заданных параметров воздуха в гермокабине обеспечивается необходимой его подачей с требуемым расходом и определенной температурой.
В высотное оборудование входят системы, позволяющие осуществлять наддув, вентиляцию, обогрев, а также поддержание необходимого давления и температуры в кабине.
Наддув кабины, вентиляцию и обогрев обеспечивает система кондиционирования, а поддержание необходимого давления – система регулирования давления.
Кроме этого, высотное оборудование имеет специальные устройства и системы, которые осуществляют отсос воздуха из кухни, обогрев вспомогательной силовой установки на земле и в полете; штуцер наземного кондиционирования, обогрев заправочных и сливных клапанов туалетов и сливного клапана кухни.
Высотное оборудование самолета включает в себя также кислородную систему для питания кислородом членов экипажа на рабочих местах и в случае необходимости при их передвижении по разгерметизированной кабине, а также для питания кислородом больных пассажиров при кислородном голодании.
Системы кондиционирования современных самолетов представляют собой сложные устройства, включающие в себя десятки самых различных агрегатов, механизмов и электроприводных устройств, управление которыми требует применения различных автоматических устройств и многоканальных связей управления. Несмотря на общее сходство узлов, системы кондиционирования различных типов самолетов отличаются принципиальными схемами. Это отличие может заключаться в том, что кабины экипажа и пассажирские салоны обслуживаются вместе или отдельно; системы обогрева и вентиляции кабин работают вместе или раздельно, независимо друг от друга и т.д.
Система регулирования давления воздуха поддерживает с помощью специальных автоматических устройств заданную величину абсолютного давления Рк и скорость изменения давления dРк/dt путем изменения количества воздуха, выпускаемого из кабины.
В настоящее время на самолетах гражданской авиации применяются электропневматические и пневматические принципы регулирования давления.
Принятая в настоящее время программа регулирования давления воздуха в кабине по высоте представляется в виде графика Рк = f(H) на фоне графика стандартной атмосферы (рис.2.1.). Как видно из графика, на первом этапе набора высоты давление в кабине или поддерживается постоянным (кривая 2), равным земному, или медленно понижается до определенной высоты (кривая 1).
Рис. 3.1. Законы регулирования давления воздуха в кабине:
1, 2 – варианты изменения давления в гермокабине с подъемом на высоту; 3 – высота полета самолета, на которой в гермокабине достигается такое давление, как на высоте 2,4 км; 4 – изменение давления с высотой в соответствии с международной стандартной атмосферой (МСА)
На втором этапе набора высоты абсолютное давление с высотой понижается, а избыточное давление сохраняется постоянным (Р=const).
Для каждого типа самолета устанавливается определенный перепад между давлением в гермокабине и давлением окружающей атмосферы в зависимости от высоты полета, на которой рассчитываются прочностные характеристики самолета.
Барометрическая высота в гермокабине на всем диапазоне высот полета не должна быть более 2.4 км, что соответствует барометрическому давлению, равному 75.6 кПа (567 мм рт. ст.), для обеспечения необходимого для организма человека парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, равного 15.7 кПа.
В случае отказа системы кондиционирования или при неисправностях системы регулирования давления высота в гермокабине должна обеспечиваться не более 3 км после любого вероятного отказа и не превышать 4.5 км после любого маловероятного отказа. При этом должно быть возможно уменьшение высоты в кабине до 2.4 км на оставшуюся часть полета или обеспечение кислородным питанием до завершения полета.
Скорость изменения давления в кабине dРк/dt при подъеме и снижении не должна превышать 24 Па/с (0.18 мм рт. ст. в секунду), что соответствует вертикальной скорости на уровне моря 2м/с. На больших скоростях у пассажиров появляются значительные болевые ощущения в области среднего уха.