Обзор основных агрегатов систем кондиционирования воздуха летательных аппаратов

В данной статье были рассмотрены основные агрегаты системы кондиционирования воздуха и их назначение, а также представлен краткий обзор работы самой системы кондиционирования воздуха.

Ключевые слова: система кондиционирования воздуха, теплообменник, турбохолодильник, регулятор температуры, влагоотделитель, увлажнитель воздуха, фильтр, воздухопровод

Система кондиционирования воздуха (СКВ) — одна из самых главных систем жизнеобеспечения летательных аппаратов. Основной задачей СКВ является создание на борту летательного аппарата условий для нормальной жизнедеятельности человека в полете: поддержание определенного давления, комфортной температуры и необходимую долю влагосодержания воздуха, а также его очищение от вредных примесей и охлаждение оборудования, находящегося на борту.

Принцип работы системы состоит из нескольких этапов. Вначале происходит отбор воздуха от компрессоров двигателей, после чего он поступает в систему распределения (вентиляции), где проходит охлаждение, а также регулирование необходимого содержания влаги и комфортной температуры, перед тем как он попадет в герметичную часть фюзеляжа летательного аппарата.

Рассмотрим основные агрегаты современных систем кондиционирования воздуха летательных аппаратов.

Теплообменные аппараты.

Теплообменным аппаратом (теплообменником) называется специальный агрегат, внутри которого происходят процессы теплопередачи от среды с наибольшей температурой к среде с наименьшей температурой. Иными словами, теплообменник и связанные с ним клапаны необходимы для того чтобы довести температуру и давление поступающего воздуха до таких показателей, при которых может функционировать турбохолодильник.

Авиационные теплообменники характеризуются большей интенсивностью теплообмена, малыми размерами конструкции и гидравлическим сопротивлением. Теплообменники бывают нескольких типов: воздухо-воздушные (охлаждение за счет встречного потока воздуха), топливовоздушные (охлаждающий элемент авиационное топливо), воздухо-жидкостные (включают в себя воздушную и жидкостную секции) и испарительные (впрыск воды или ее смеси в воздушный поток).

Турбохолодильники.

Турбохолодильники — это специальные установки, внутри которых осуществляются близкие к адиабатическому процессы расширения воздуха с последующим понижением его температуры.

Рис. 2. Устройство турбины турбохолодильной установки

При понижении давления в сопловом аппарате, температура воздуха понижается, а уже охлаждённый воздух попадает на рабочее колесо турбины турбохолодильной установки, приводя её в движение. Для достижения максимального перепада температур в турбохолодильнике необходимо чтобы работа, производимая вращением турбины была использована. Для реализации этого принципа, используется вентилятор, потребляющий данную энергию, используя для прокачки воздуха через теплообменник или обеспечения вентиляции различных отсеков летательного аппарата.

Регуляторы температуры воздуха.

Регулировка температуры воздуха в кабине происходит следующим образом: подаваемый от компрессора воздух делится на две линии. Первая — «горячая» линия, по которой воздух или охлаждается (но частично), или нагревается и через регулятор расхода поступает далее в трубопровод (в зависимости от температуры поступающего воздуха). Вторая — «холодная» линия, по которой воздух охлаждается и поступает далее в трубопровод, где происходит смешивание воздуха.

Влагоотделители.

При полёте на небольшой высоте в воздухе, который подается в кабину после охлаждения, влага находится в парообразном и капельном состояниях. Капли оседают на стенках трубопроводов, в блоках оборудования, что может вызывать отказ аппаратуры, или создаст затуманивание, затрудняющее пилотирование. Для удаления капельной влаги в СКВ устанавливаются влагоотделители, которые при помощи специальных фильтров отправляют жидкость в водосборник. Основными конструктивными элементами влагоотделителя являются: корпус, коагулятор, клапан, винт-завихритель, пружина, корпус влогауловителя и проходник.

Влага через сетчатый коагулятор поступает в завихритель, на коагуляторе, представляющем собой четырехслойную сетку, происходит укрупнение капель. В завихрителе воздух с каплями воды закручивается, двигаясь по спиральным траекториям. Капли воды отбрасываются к стенкам корпуса влагоотделителя. Под действием воздушного потока попадает через специальный зазор в полость, а затем через проходник отводится в продувочный контур.

Увлажнители воздуха.

На больших высотах воздух становится очень сухим, поэтому применяются специальные увлажнители парогенераторного типа (как правило), в которых вода в состоянии пара поступает в воздух. Электроувлажнители в СКВ практически не применяются, так как при испарении в специальных кипятильниках появляется неприятный запах.

Фильтры.

Поступающий в кабину атмосферный воздух, загрязнённый пылью размером до нескольких десятков микрон, называется аэрозолем. Аэрозоли очень опасны, поскольку, оседая на оборудовании, они изменяют его параметры, что неприемлемо, поэтому в системе кондиционирования воздуха наличие аэрозольного фильтра обязательно.

Рис. 4. Пример воздушного фильтра

В настоящее время изобретено огромное количество фильтрующих материалов, состоящих из волокон полиакрилата или стеклянных и базальтовых волокон. Эти материалы выдерживают температуры до 250 или 450...600 °С соответственно.

Воздухопровод.

На пассажирских самолётах длина воздухопроводов системы кондиционирования составляет несколько сотен метров, а масса колеблется от 500 до 600 кг, что является практически половиной массы всей системы. Воздухопроводы проходят как по пассажирским салонам, так и в кабине экипажа. Диаметры труб находятся в пределах от 4 до 200 мм. и обеспечивают подачу воздуха с температурами от -40 до +600 °С.

Вопросы понимания конструкции, принципа работы, слабых мест систем кондиционирования воздуха очень важны для поддержания заданного уровня безопасности и регулярности полётов.

Литература:

1. Воронин Г. И. Системы кондиционирования воздуха на летательных аппаратах: учебник/ Г. И. Воронин — Москва: Машиностроение, 1973.-443с.
2. Антонова Н. В. Авиационные системы кондиционирования воздуха: Учебное пособие к лабораторной работе/В. В. Ружицкая — Москва: МАИ, 2003.-16с.
3. Проектирование авиационных систем кондиционирования воздуха Антонова Н. В., Шустров Ю. М. изд. Машиностроение.
4. Авиационный технический справочник. Александров В. Г., Майоров А. В., Потюков Н. П. 1975г.