737—800型飞机空调系统分析

吕霞

【摘 要】空调系统主要为机组乘客和设备提供一个可调节的内部环境，它主要有组件流量控制、组件制冷、区域温度控制、再循环以及空气分配五个部份的功能。为减少对来自气源系统新鲜空气的需求，大约一半的客舱空气经过再循环系统被重复利用。舒适座舱环境的调节是由飞行员来完成。飞行员根据季节特点及航路中的不同需要，必须对座舱温度进行适当调节。本文仅对空调系统的基本工作原理和几个比较重要部件进行了简单的阐述。

【关键词】空调系统 空调分配 温度控制

波音737-800飞机近年活跃在国内外市场，其具有高巡航速度、低油耗、低噪声的特性，同时具备运营和维护成本经济性的特点，因此该机型成为国内众多家航空公司的热门选购机型之一。

座舱温度控制是通过向飞机内提供适当适当的压力和温度的气体，让乘客有一个安全，舒适的乘机环境。从功能上讲，主要有组件流量控制、组件制冷区域温度控制、再循环以及空气分配五个部分，来自气源系统的新鲜空气通过左右两个流量控制与关断活门，进入空调系统，该活门控制进入飞机的新鲜空气的量。新鲜空气进入制冷组件后，被降温和抽湿，再进入空调分配系统。对左组件的控制通常可保证驾驶舱制冷，而对右组件的控制则保证对混合总管的制冷。来自组件和地面空调接口的空调气通过分配系统进入温度控制区域，区域温度控制部分为进入用户区域的空调空气加温，并调节气压，B737-800飞机上有三个温度控制区域：驾驶舱区域、前客舱区域和后客舱区域。为了通风，大约一半的客舱空气经过再循环系统被重复利用，这样可减少对来自气源系统新鲜空气的需求。

1 波音737-800空调冷却技术

波音737-800的飞机的冷却系统采用三轮式冷却系统主要由左右发动机或者APU引气提供气源，经过三轮式空气循环冷却系统，混合成合适的温度和压力为客舱提供舒适的温度。系统工作过程如下：

来自气源系统（发动机、APU）的引气首先通过流量控制与关断活门（FCSOV），控制调节进入下一级组件的引气流量。流量控制与关断活门是电控的和气压作动的。它由弹簧力保持在关位。经过调节后空气进入主热交换器，主热交换器通过冲压空气对来自FSCOV的引起进行初级降温，冷却过后的空气进入ACM的压缩机部分。空气经压缩升温后，进入次级热交换器，次热交换器接收来自ACM的压缩空气，加温压缩空气在次热交换器通过冲压空气再次降温后变成冷却压缩空气，再经水分离器除湿后回到ACM，迅速膨胀，并被送到冷凝器。冷凝器的冷路空气是涡轮出口的低温空气，使流经冷凝器的气体温度进一步降低，然后气体流人除水器进行除水。空气通过高压水分离器把绝大部分的水分分离，部分没有分离的水分通过再加温器内再蒸发，较干燥的空气进入涡轮膨胀冷却而获得很低的温度，再通过冷凝器，它一方面作为冷源，另一方面把涡轮出口凝结出的少量水分或冰加温溶化并蒸发，使冷凝器出口可提供干燥而较低温度的空气，从涡轮经冷凝器流出的气体即为冷路空气。冷却系统主要采用了两种形式的冷却组件，一是热交换器，流过它的热路空气是发动机引气，而冷路空气是流过冲压空气管道的外界空气，冷热两路空气经过热交换使引气的温度降低；二是空气循环机（以下简称ACM），ACM 由固定于同一传动轴上的涡轮、压气机和风扇组成。当热空气流过ACM 的涡轮时，发生绝热膨胀的热力过程，气体对涡轮做功，带动涡轮转动；而且气体的内能降低，使流过涡轮的气体的温度进一步降低，以降低引气的温度。涡轮转动可带动风扇转动，风扇位于冲压空气管道，它可使飞机在地面及低速飞行状态下，仍可保证热交换器有足够的冷却空气。

在主热交换器进口与ACM 涡轮出口之间的旁通管路上有两个并联的活门，一个是温度控制活门，另一个是备用温度控制活门。温度控制活门用于控制一条旁通热路空气，可控制空调组件的输出温度。备用温度控制活门有两个作用，它可在正常温度控制故障时提供组件温度控制；而且还可以增加组件排气温度以防止冷凝器结冰。

2 波音737-800空调分配

流经流量控制活门的引气（热空气）分别流过左右冷却组件，产生冷路空气；另一路引气（热空气）分别流过压力调节活门及三个掺混空气活门。掺混空气压力调节活门用于控制通往掺混空气活门空气的流量及压力，它可以调节活门下游压力高于座舱压力4PSI（磅/平方英寸），从而减低空气流入座舱时的噪音。三个掺混空气调节活门分别控制三条热路空气与相对应的冷路空气混合，然后将调节好的空气分别输送到三个座舱区域。通过控制掺混空气活门的开度，即可控制冷、热路空气的混合比例，从而控制通往座舱空气的温度。共有两个温度控制器来实现对座舱温度的自动控制。温度控制器接受座舱温度的选择信号、各座舱区域温度传感器及供气管道温度传感器信号对各座舱区域温度进行自动控制。

3 B737-800温度控制系统特点

B737—800型飞机的座舱温度控制系统采用了60年代出现的三轮式空气循环冷却技术（ACM），又称简单-升压式。它利用空气在涡轮中膨胀作功驱动同轴压气机与风扇进行制冷。由气源来的高温高压空气在初级热交换器中预冷后进入压气机升压、升温，再经次级热交换器冷却后进入涡轮膨胀作功，并进一步降温，最后供座舱或电子设备舱使用。它综合了简单式空气循环冷却技术和升压式空气循环冷却技术的优点，所需的供气压力低、功率小、涡轮功率大部分为压气机吸收，充分利用能量，解决地面停机状态下的座舱制冷问题。ACM由涡轮、压气机和风扇在同轴上组成。位于空调舱内ACM通过涡轮内的膨胀功来降低气温，压气机吸收了涡轮大部分功率，在各种飞行条件下仍恩能够保持空调系统压力的稳定。在相同工作条件下，其耗油量小，经济性能突出，对发动机工作影响也小。ACM由箔托空气轴承支撑。在高速运动时摩擦力非常小，也不用进行日常加油、清洁等维护，方便了日常维护工作。

冷却系统的另外一个特点也是难题就是除湿。除湿是为了调节空气中水蒸气含量过大对人的舒适与工作，以及设备的工作和可靠性带来不利的影响。在60年代时出现了低压除水空气循环冷却技术。它利用在涡轮冷却器出口（低压处）安装一个水分离器的方法进行除水。使用低压除水空气循环冷却技术的环境控制系统结构简单、重量轻、价格便宜。在70年代飞机上广泛采用这种技术。但低压除水技术效率低、维修性差，降低了制冷冷力。后来70年代发展了效率更高的高压除水技术，而737-800则采用了这种除水技术。所谓高压除水就是指除水发生在涡轮进口的高压处。由气源来的高温高压空气经过初级热交换器预冷后，经压气机压缩，空气的温度和压力都升高，进入次级热交换器降温，再流入冷凝器热边，利用涡轮出口的冷空气再次降温。这时空气的温度虽高于0°C，但已低于其露点温度，对应的饱和含湿量仍以水蒸气的形式存在于气流中，多余的水蒸气量要凝析成为游离水珠，夹杂在气流中流入高压水分离器，利用离心力将绝大部分的游离水珠从气流中分离出来，排到次级热交换器冷边入口，水的蒸发潜热降低冲压空气温度，从而降低次级热交换器热边出口空气温度，回收部分能量。空气经高压除水后，流入涡轮膨胀作功，因为空气中含湿量已很少，涡轮出口空气温度很低，气流中的水蒸气又被冷凝出来，成为冰粒子、雪粒子和过冷冰，夹杂在冷气流中流入冷凝器冷边，气流吸热温度回升，游离水再度蒸发成水蒸气，成为非饱和和低温空气供给座舱和电子设备舱。

737-800客舱温度控制特点是其多余度的客舱温度控制，其座舱温度控制由左、右组件/区域温度控制器（以下简称温度控制器）控制。温度控制器可接收来自区域温度选择器、座舱温度传感器、区域管道温度传感器、组件温度传感器和混合总管温度传感器的信号，输出控制信号，通过控制组件温度控制活门及掺混空气活门进行座舱温度控制。区域温度选择器用于设定座舱温度，选择范围为18— 30℃ 。座舱温度控制主要包含两个方面，一是组件温度控制，它是通过控制温度控制活门控制冷却组件的排气温度，以满足区域温度控制的需求；二是区域温度控制，它是通过控制掺混空气活门的开度，控制冷热路空气的混合比例，以实现座舱区域温度控制。当驾驶员选定了合适的座舱温度后，温度控制器按照需要最大冷却区域的需求控制组件的排气温度。它们是通过控制温度控制活门来控制组件排气温度。两个组件输出同样的温度。组件温度控制器控制掺混空气活门将热空气与组件排气混合，通过控制冷热路空气的混合比例控制通往三个座舱区域空气的温度。温度控制器比较设定温度与座舱区域当时的温度（由座舱区域温度传感器感受），产生管道需求信号，此信号用于区域温度控制以控制掺混空气活门，它也用于控制温度控制活门以进行自动组件温度控制。在每个组件/区域温度控制器内都有下列通道：驾驶舱区域温度控制通道、客舱区域温度控制通道、自动组件温度控制通道、备用组件温度控制通道及冲压空气作动器控制通道。其通道式控制实现了任何一个温度控制器都可为另一组件提供自动备用控制。例如驾驶舱区域温度控制由右温度控制器控制（主驾驶舱区域温度控制通道），如果主驾驶舱区域温度控制失效，则控制系统可自动转换到备用驾驶舱区域温度控制通道（左温度控制器内），它同样可控制掺混空气活门以控制座舱温度。如果主及备用驾驶舱区域温度控制都失效，区域温度控制系统则会关断，此关断信号可到达温度控制器的组件控制部分。左温度控制器控制左组件以满足驾驶舱区域管道的需求；右温度控制器控制右组件，以满足客舱最冷温度的需求。此种多“余度”设计，在系统控制发生故障时，仍能保证系统的工作，提高了系统抗故障的能力。