飞机地面空调机组应用基础研究

发布时间：2020-05-04 17:51

【摘要】：目前民航客机在地面停机待飞时,使用飞机地面空调机组(PCA机组)代替飞机自身环境控制系统为舱内提供舒适环境。我国对于飞机地面空调机组的研究起步较晚,现阶段无论是国家标准还是生产厂商主要还都是借鉴和套用国外的选用模式,这也造成了国内在这一技术区域的空白。基于当前飞机地面空调机组的设计风量、出风温度等关键参数来源不明确且存在很大的优化空间前提下,本文将从PCA机组服务的飞机出发,通过研究飞机的负荷特性、机舱气流组织等情况,结合PCA机组自身优化运行特点,得到影响飞机地面空调机组设计的关键参数,以此提供给PCA生产厂商今后设计参考。以使用广泛的波音737客机的主要参数为依据,深入研究结构传热、辐射换热和附加负荷方面有别于一般传统负荷计算的特点,其中对客机座舱壁面进行分块划分,然后分别划分为计算单元结构,采用数值计算获得客机的热载荷,同时考虑送风风机和风道温升负荷,确定PCA机组实际需求量。并以此为基础上,在飞机地面空调机组在出风温度-3℃～4℃范围内,计算获得在同一环境参数下,与国外飞机手册和国内航空行业标准不同的四种送风参数。在Gambit软件进行建模,网格划分以及边界类型的设定,然后运用CFD(RNG k-ε模型),模拟客机舱内强制通风和人体散热共同作用下,六种送风参数中舱内流动空气的速度场和温度场的分布情况,本文计算得出的送风参数完全可以满足人员舒适环境的要求,国外送风参数和国内行标送风参数均大于实际使用需求。因为使用特殊性和严格性,PCA机组是一种全新风大风量高风压大焓差的制冷机组,一般要通过2-3级制冷才能达到需要的出风温度,为了使机组达到更好的运行能效,确定六种参数下各级处理的空气状态点,并分别针对两级压缩机制冷系统和三级压缩机制冷系统,对PCA机组在这六种送风参数下进行热力计算,比较其性能系数。结果表明,国外飞机手册参数和国内行标参数的性能系数均低于本文提出的理想送风参数(送风温度4℃,送风量4366m3/h),PCA机组以该参数送风,满足舱内人员舒适要求。与国内行标送风参数比较,送风温度提高了 2℃,送风量减少了约25%;与国外飞机手册送风参数比较,送风温度提高了 4℃,送风量减少了约3%,节能优势明显。同时,新型三级压缩机制冷系统在性能系数和制冷量上都优于目前普遍使用的两级压缩机制冷系统。研究成果可为我国飞机地面空调的设计研发和结构优化提供一定的参考依据。
【图文】：

飞机舱,热载荷

２．１客机座舱热载荷计算逡逑客机地面停机待飞时，依据传热方式的不同，座舱热载荷包括了结构传热热载荷、逡逑辐射热载荷和附加热载荷，具体组成如图２．１所示。逡逑座舱热载荷逡逑逦Ｉ逦Ｉ邋￣逦Ｉ逡逑结构传热热载荷｜辐射热载荷｜逦｜附加热载荷逡逑—｜外壁热载荷逦——透过玻璃的辐射邋——人体热载荷逡逑￣｜内壁热载荷｜逦—｜内部壁面辐射｜电子设备散热＾逡逑—邋空气泄漏逡逑图２．１飞机座舱热载荷的组成逡逑假设各部分热载荷相互独立，客机停机时的热载荷可以看作是各种热载荷的叠加：逡逑0Ｔ邋＝Ｑｗ邋＋Ｑｂ＋Ｑｓ邋＋Ｑｒ邋＋邋Ｑｐ邋＋Ｑｅ邋＋邋Ｑｌ逦（２１）逡逑式中：０＂——客机总的热载荷，ｗ逡逑Ｑｗ—通过座舱外壁的热载荷，ｗ逡逑Ｑｂ—通过隔舱壁、地板等内壁结构的热载荷，ｗ逡逑Ｑｓ逦透过透明表面的太阳福射热载荷，ｗ逡逑Ｑｒ—座舱内部壁面之间的辐射热载荷，ｗ逡逑Ｑｐ——舱内人员散热形成的热载荷，ｗ逡逑Ｑｅ——电子和电气设备散发的热载荷

隔框,蒙皮,空气夹层,桁条

图２．４计算单元结构示意图逡逑该小单元的传热计算，得到围护结构的传热系数尺和围护结构得到整个围护结构的热载荷。下面详细分析侧壁、行李、天花板壁部分逡逑２．５所示，侧壁的传热计算可分为三部分，沿围护结构的法线方分，由蒙皮、绝热层、空气夹层和内装饰板组成；（２）含有隔框部分。可将其中的隔框和桁条都作为散热肋片处理。逡逑含隔框和桁条的部分逡逑和桁条的部分为带空气夹层的组合外壁，，夹层内的空气没有强传热是依靠导热、对流及辐射的联合作用实现的。其中，空气为ｒ２．空气夹层与内装饰板接触面温度为７Ｕ里过空气夹层的热虑，将辐射单独考虑。逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V351.3

【参考文献】