n  座舱空调的基本原理

l 以气源系统引气作为空调能源，通过控制座舱空调供气的流量、温度和湿度，最后将空调空气分配到座舱的各个出气口，以满足座舱适宜温度要求。

l 主要由空调引气流量控制装置、制冷系统、温度控制系统、湿度控制系统和空调空气分配系统等几个部分组成。

n  空调引气流量控制

l 流量控制活门（或称空调组件活门，简称组件活门）控制通往空调组件的引气流量，同时实现空调组件的通断控制。

l 现代民航飞机空调引气流量控制大多采用文氏管出口总压与喉部静压之差作为控制信号，动态调节流量控制活门开度，使活门出口流量保持稳定。

n  制冷系统

l 蒸发循环制冷系统（Vapor   Cycle Cooling System）

ü 通过制冷剂的循环流动和相变吸热制冷。

l 空气循环制冷系统（ Air   Cycle Cooling System ）

ü 利用发动机引出的高温高压空气，经热交换器冷却后，再经冷却涡轮进行膨胀降温从而获得冷空气。

l 蒸发循环制冷系统

ü 容器：盛装液态制冷剂。

ü 热膨胀阀：通过控制流入蒸发器的制冷剂的流量来调节蒸发器的制冷效率，使液态制冷剂在蒸发器出口刚好完全变成气态。

ü 制冷剂（Coolant）

Ø 要求是沸点比较低的液体，并且当其由液态蒸发为气态时要能够吸收比较多的热量。

Ø 最常使用的制冷剂-氟利昂，是一种无色无味、比空气重的液体。

Ø 氟利昂蒸发温度低，溅到人体皮肤或眼睛上会造成伤害，因此在系统维护时应注意自身防护，穿戴护目镜、手套、防护服等，在开放通风处进行。

ü 蒸发器：低压液态制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收供向座舱的热空气的热量，对热引气进行降温。

ü 压缩机：对低压低温的气态制冷剂进行增压，以提高制冷剂的相变温度。

ü 冷凝器：高温高压的气态制冷剂在冷凝器中通过与外界冲压空气对流换热，由气态变回液态，并最终回到容器中。

ü 优点：制冷性能好，在地面停机状态下也具有良好的制冷能力。

ü 缺点：调温范围较小，重量、体积较大，氟利昂制冷剂会破坏大气臭氧层。

ü 应用在某些对制冷功率要求较大的飞机上，而且在高性能飞机电子设备舱冷却方面也具有较好的应用前景，在现代民航客机上较少采用。

l 空气循环制冷系统

ü 基本工作原理：先利用热交换器对热引气进行初步冷却，再让热引气流过涡轮膨胀做功，传动同轴的风扇或压气机，从而进一步降低引气温度和压力，最终获得需要的冷空气。

ü 系统重量轻、调节控制方便、可靠性高、检查维护工作量小，座舱空调、增压和通风换气可由一个系统来完成，系统集成度高，在现代飞机上得到广泛应用。

ü 类型：

Ø 1、简单式（涡轮风扇式）空气循环制冷系统

Ø 2、升压式（涡轮压气机式）空气循环制冷系统

Ø 3、三轮式（涡轮压气机风扇式）空气循环制冷系统

Ø 4、四轮式（双涡轮式）空气循环制冷系统

l 简单式（涡轮风扇式）空气循环制冷系统

ü 高温高压引气首先流过热交换器，通过与外界冲压冷空气对流换热进行初步冷却，然后再流过冷却涡轮，通过气体膨胀驱动涡轮做功，自身内能下降而得到进一步降温。

ü 在冲压空气通道中设置一个由冷却涡轮驱动的风扇来抽吸外界空气，当飞机在地面或低速飞行时，可增大通风量，以保证热交换器的换热性能。

ü 以风扇作为消耗涡轮功率的负载，也可避免因冷却涡轮负载太小而导致涡轮超转，影响涡轮寿命和制冷效果。

ü 该系统的使用高度受到一定限制。

l 升压式（涡轮压气机式）空气循环制冷系统

ü 来自于气源系统的热引气首先流过一级热交换器（或称主热交换器），通过与外界冲压冷空气对流换热进行初步冷却，然后流入由涡轮驱动的压气机。

ü 压气机对引气做功后，提高了引气压力和温度。

ü 然后，高温高压的引气流过二级热交换器（或称次级热交换器），通过与外界冲压冷空气对流换热再次进行冷却。

ü 二级热交换器出口的高压引气继续流向涡轮，在涡轮中膨胀降温，最终获得冷却空气。

ü 涡轮冷却器以压气机作为消耗涡轮功率的负载，一方面可在引气压力比较低的情况下（如高空飞行时）由压气机提高涡轮进口压力和涡轮膨胀比，保证冷却涡轮仍然具有良好的制冷能力，另一方面可使得涡轮运转平稳，有效避免涡轮超转，保证涡轮寿命。

ü 在两个热交换器的冲压冷空气通道中安装风扇，当飞机在地面或飞行速度较低时工作，保证热交换器的换热效果。

ü 该系统在早期英美制飞机，尤其在客机上应用广泛。

l 三轮式（涡轮压气机风扇式）空气循环制冷系统

ü 热引气首先经过一级热交换器初步冷却，然后经涡轮驱动的压气机增压升温，再由二级热交换器换热冷却，然后通过回热器、冷凝器和水分离器到达涡轮，经涡轮膨胀降温，最终获得冷却空气。

ü 为保证冲压空气流量和热交换器的制冷效果，在冲压空气通道中设置了一个由涡轮驱动的风扇。即风扇和压气机都由涡轮驱动，三者安装在同一根轴上。

ü 既具有升压式空气循环制冷系统供气压力小、供气流量小以及发动机功率和燃油消耗低的优点，也具有简单式空气循环制冷系统地面制冷能力高的优点。

ü 在现代民航运输机上得到了广泛应用。

l 四轮式（双涡轮式）空气循环制冷系统

l 空气循环制冷系统附件

ü 热交换器（Heat   Exchanger）

Ø 功能：利用外界冲压冷空气（Ram   Air）与来自于气源系统的热引气进行对流换热，以降低引气温度。

Ø 热交换器可分为顺流式、逆流式和叉流式三种基本类型，顺流式热交换器的冷却效果最差，逆流式热交换器的冷却效果最好，叉流式的效果介于前两者之间。

ü 涡轮冷却器（空气循环机/ Air   Cycle Machine, ACM）

Ø 涡轮冷却器的制冷原理是在高压引气高速流过涡轮（Turbine）时，气体膨胀做功使涡轮旋转，导致引气压力和温度都降低。

Ø 为提高系统制冷能力并防止涡轮超转，由涡轮驱动压气机（Compressor）和/或风扇（Fan）转动，该负载的大小在一定程度上决定了涡轮的制冷功率和效率。

Ø 根据涡轮驱动的负载不同，涡轮冷却器可分为涡轮风扇式、涡轮压气机式和涡轮压气机风扇式三种类型。

ü 涡轮冷却器（空气循环机/ACM）

Ø 涡轮冷却器是空气循环制冷系统中的核心部件，其工作转速很高，是可靠性最薄弱的环节。

Ø 影响涡轮冷却器工作可靠性及寿命的主要因素是轴承。

Ø 在早期飞机上，涡轮冷却器常采用滚动轴承，在日常维护中应注意按要求加注滑油，保证轴承获得良好的冷却和润滑。

Ø 在现代飞机上更多地采用了空气轴承，提高了涡轮冷却器的转速和寿命，减轻了转动组件的重量，减少了维护工作量。

n  座舱温度控制

l 座舱温度控制原理

ü 保持供气量基本恒定，通过控制空调组件内的温度控制活门（冷门和热门或热旁通活门）的开度，从而控制冷、热路空气流量的混合比例，得到所需供气温度，使座舱温度满足选择的要求。

ü 座舱温度控制的关键是对温度控制活门的开度调节。

ü “热路”中通常不需设置加热系统就可获得热空气。

l 座舱温度控制方式（自动和人工）

ü 自动方式（Auto   Mode）

Ø 为正常方式。

Ø 由温度控制器根据供气温度预感器、极限温度传感器、座舱温度传感器感受的温度以及座舱温度选择旋钮输入的预置温度自动控制座舱温度控制活门（空气混合活门或热旁通活门）的开度，调节冷热路空气流量，从而控制空调供气温度和座舱温度。

ü 人工方式（Manual   Mode）

Ø 自动方式失效时作为备用方式。

Ø 由驾驶员利用人工调温旋钮直接控制座舱温度控制活门（空气混合活门或热旁通活门）的开度，而不通过自动温度控制器。

l 座舱温度控制系统的组成

ü 温度传感器

Ø 通常采用负温度系数热敏电阻作为感温元件，温度越高，其电阻越小。

Ø 供气温度预感器：安装在空调供气管道上，感受供气温度变化速率。座舱温度控制器可根据该信号预感供气温度变化对座舱温度的干扰，从而提前做出反应，减小座舱温度调节过程的超调量。

Ø 极限温度传感器：用于感受座舱供气管路的极限温度。座舱温度控制器根据该信号做出反应，防止因温差过大而引起供气温度过高或过低的现象。

Ø 座舱温度传感器：用于感受座舱实际温度。座舱温度控制器以该信号和座舱温度选择旋钮输入的预置温度信号作为基本输入信号，对温度控制活门的开度进行调节。

l 座舱温度控制系统的组成

ü 温度控制器

Ø 现代飞机通常采用电子式座舱温度控制器，利用温度电桥、预感电桥和极限温度控制电桥向温度控制活门发出控制指令，调节其开度和空调供气温度。

ü 温度控制活门

Ø 温度控制活门用于控制空调系统冷、热路空气流量比例，从而实现空调供气温度和座舱温度的调节。

Ø 温度控制活门通常分为双活门和单活门两种型式。

l 座舱温度控制系统的工作

ü 空调组件电门控制空调组件活门。

ü 空气混合活门是座舱温度控制的关键部件。

ü 空气混合活门位置指示器

ü 自动控温方式和人工控温方式

ü 涡轮风扇用于改善飞机低速时两个热交换器的换热效果。

ü 空气循环机超温时，空调组件活门将自动关闭，同时空气混合活门也将工作到全冷位。

n  座舱湿度控制

l 气源及空调系统引气湿度过大将导致座舱内出现水雾甚至水滴从空调出风口流出的现象。这将给乘客和机组人员带来不舒适感，加剧机体结构腐蚀，也会由于隔热毯被水浸湿而导致飞机重量增加，甚至可能因电气线路短路引发设备故障。

l 飞机座舱湿度控制的方法是利用安装在空调系统中的水分离器分离、收集和除去空气中的过量水分，以降低空调供气的含水量，保证供气中不含有游离水分，从而向座舱提供相对干燥的空调空气。

l 根据水分离器的安装位置不同，除水系统可分为低压除水和高压除水两种类型。

l 水分离器安装在空气循环机冷却涡轮下游低压段的称为低压除水。

l 水分离器安装在涡轮上游高压段的称为高压除水。

l 低压除水

ü 主要用于中小型飞机空调系统。

ü 低压水分离器

ü 低压水分离器主要由进出口壳体、凝结袋及其支架、收集室和旁通活门组成，安装在冷却涡轮出口管路上。

ü 利用离心力在收集室把凝结的水滴甩离中心通道而与空气分离，从而在出口获得干燥的冷空气。

ü 分离出的被输送到空调系统热交换器的冲压空气通道入口处喷出，以改善热交换器的制冷效果。

ü 低压水分离器容易结冰，导致制冷系统的工作性能受到影响，需要采取防冰措施。

ü 温度控制型和压差型防冰

l 高压除水

ü 广泛应用于现代大中型客机空调系统。

ü 利用安装在冷却涡轮上游高压段的水分离器，使空气在进入冷却涡轮之前就先进行除水处理，让干燥空气流过涡轮，那就可有效避免涡轮出口结冰情况，同时涡轮出口温度还可以进一步降低，空调系统的制冷能力也可以进一步增强。

ü 热引气流经一级热交换器、压气机和二级热交换器之后，进入回热器的热端，被来自于水分离器出口的冷空气冷却降温，出现少量水分凝结。

ü 然后，引气流入冷凝器的热端，被来自于冷却涡轮出口的冷空气进一步冷却降温，空气中的水蒸气在此处大量析出凝结为大水滴。

ü 通过高压水分离器后，空气中析出的绝大部分水分都能被分离出来，部分没有分离的水分在流过回热器时再蒸发。

ü 流出回热器的干燥空气进入冷却涡轮，在涡轮内膨胀做功，空气温度进一步降低。

ü 流出涡轮的冷空气继续流过冷凝器，一方面作为冷凝器的冷源流体，另一方面可把涡轮出口凝结出的少量水分或冰融化并蒸发，最终在冷凝器出口获得低温干燥的冷却空气。

ü 高压水分离器

Ø 主要由旋流器、带有许多小孔的内壳体和外壳体组成。

Ø 在离心力作用下，空气中析出的水滴被甩出，然后通过排水管流到冲压空气进口管道的喷水口。

ü 高压除水的优点

Ø 除水效率高：在相同温度下，压力越高的空气中凝结出来的水分越多，高压除水系统中冷凝器析出的水滴很容易被高压水分离器除去，除水效率一般可达95%-98%。

Ø 防冰效果好：由于空气中绝大多数的水分已经在进入涡轮前就被除去，涡轮出口结冰情况可有效避免，所以，高压除水系统不需要采取额外的防冰措施。

Ø 制冷能力强。因为涡轮出口不容易出现结冰情况，涡轮出口温度可进一步降低，空调系统的制冷能力可进一步增强。由于高压水分离安装在冷却涡轮上游，涡轮出口空气流阻小，反压低，这也有利于改善冷却涡轮的制冷效果。

Ø 高压水分离器结构简单，没有运动部件，系统维修工作量也相对比较少。

n  座舱空气分配系统

l 空调空气分配

ü 将调节好的空调空气通过合理排布的分配管道及供气口输送到座舱内，在座舱内形成合适的气流分布和循环流动状态，给飞机乘员提供一个温度、湿度适宜、空气新鲜的座舱环境，避免座舱内出现较大温差、气流噪音和穿堂风。

l 座舱空气再循环系统（Recirculation   System）

ü 利用再循环风扇抽吸一部分座舱空气，经过滤、杀菌后重新送入空调供气管道，与从空调组件来的新鲜空气混合后再次供入座舱，以实现对座舱空气的再循环利用。

ü 再循环通风量一般可达座舱空调供气总量的50%。

l 座舱局部加温

ü 对于座舱内某些距离空调供气口较远的区域，例如客舱门和应急出口位置附近，其温度可能会偏低，因此需要对这些区域进行局部辅助加温，以改善飞机座舱内部各处的温度均匀性。

ü 常见的辅助加温设备是电加温器，分为空气管道式加温和电热毯式加温两种形式。

l 分区供气及区域温度控制

ü 某些大中型运输机的机身较长，为使座舱空气温度均匀，采用了分区供气的方式，驾驶员可根据需要进行各区域温度的独立控制。

ü 区域温度控制系统的基本工作原理是根据驾驶员设定的各区域预选温度情况，以最低预选温度作为基准去控制空调组件的工作，使空调组件出口供气温度满足最低预选温度区域的温度控制需要，而其他更高预选温度的区域则通过调节相应区域的调整空气活门开度，将从气源系统来的热空气直接引入相应区域供气管道，以提高该区域供气温度，从而实现独立控制不同区域温度的需要。

n  设备冷却及货舱加温系统

l 设备冷却系统

ü 用于对飞机驾驶舱和电子电气设备舱内的电子电气设备进行冷却，以保证其正常工作。

ü 现代运输机通常采用座舱空气作为设备冷却介质。

ü 设备冷却风扇及控制

Ø 采用双风扇设计，所有风扇均安装有一体式单向活门，防止风扇不工作时空气倒流。

Ø 空气管道中的低流量传感器为自加热的热敏电阻。

l 货舱加温系统

ü 用于保持飞机货舱温度高于冰点温度，防止冻坏货物。

ü 加温方式包括座舱排气加温、设备冷却系统排气加温、气源系统引气加温以及货舱内部空气循环加温。