民用飞机客舱空气环境设计参数体系初探

2016-12-08 06:40肖晓劲,吴丹,陈希远等

中国科技信息 2016年20期

民用飞机客舱空气环境设计参数体系初探

据统计，人的一生有70%～90%的时间在室内度过。室内环境条件并非自然形成，而是采用灯光照明、通风空调等手段形成的人工环境。民用飞机客舱环境是一种典型的人工环境，一般可分为几何环境（涉及客舱布置、座椅、内饰等）、电磁环境、力学环境（涉及振动、噪声等）和空气环境等范畴。其中，客舱空气环境是乘客最直接接触的机上环境。客舱空气环境设计的好坏直接影响乘客对飞机整体舒适度水平的判断。

根据民用飞机市场定位、客户需求、法规要求等的不同，客舱空气环境的设计要求往往存在较大差异。这种差异既体现在环境参数指标的数量上，又体现在各参数指标的数值上。考虑更多的设计指标及更严格的指标限值，往往意味着民用飞机研制成本和重量的增加以及经济性的降低，因此主制造商有着减少设计指标约束的原始冲动，但如果要在民机市场取得一席之地并取得商业成功，就必须注重型号客舱环境的设计亮点，以满足人们对于空中旅行越来越高的舒适性要求。

客舱空气环境设计参数体系的提出

民用飞机研制是一项庞大复杂的系统工程。型号的成功，很大程度上决定于型号的初始设计特征。在设计初始阶段，如果能充分考虑飞机客舱环境的舒适性设计要求，飞机才可能具备完美的舒适性品质。国内传统的飞机设计方法主要是对标国际相似机型，主要机载系统各自提出并实现设计要求。但由于缺乏整体的设计理念和必要的系统间权衡研究，必然导致顾此失彼的不利局面。客舱空气环境由温度、湿度、空气品质和压力等众多参数共同营造，这就决定了需要在飞机设计初期做顶层设计时，总体、空调、压调、内饰等多个专业必须进行有效的协调，以充分权衡各种设计特征的制约关系。民用飞机空调系统（ATA21）作为实现空气环境的主要机载系统，其设计的成功与否，很大程度上依赖于客舱空气环境设计要求是否全面。国内长期以来的做法是对主要关心的空气环境参数提出指标要求，一方面无法覆盖空气环境的所有参数，另一方面也缺乏指标正确性和准确性的分析依据，从而影响最终的客舱空气环境舒适性，因此迫切需要建立一套完整的民机客舱空气环境设计参数体系。

构建原则

构建民用飞机客舱空气环境设计参数体系，主要应考虑遵循以下原则。

（1）完整性原则。体系应尽可能完整覆盖影响舒适性的客舱空气环境参数。

（2）可量化原则。对客舱空气环境参数的设计要求应具体化、指标化，以便进行设计验证。

（3）可溯性原则。所有参数的设计指标要求均应有明确的来源。

（4）可实现性原则。当前民用飞机研制实力应能保证可实现这些参数指标。

（5）经济性原则。实现这些参数指标不能突破合理的成本预期。

（6）开放性原则。随着新材料、新工艺水平的不断提高，以及行业性要求的变更，参数体系中的各项指标限值应保持实时更新。

体系架构

根据客舱空气环境参数所属范畴，本文将参数体系划分为热力学参数、化学参数和生物学参数等三大分支。通常，热力学参数包括温度/温度均匀性、压力/压力变化率、湿度、气流速度、新鲜空气量等；化学参数通常可细分为无机化学参数和有机化学参数，前者包括CO、CO2、O3、NOx、微

细颗粒物（包括PM10、PM2.5）等，后者包括甲醛、苯等挥发性有机化合物（VOCs）；生物学参数包括细菌、病毒等。

上述参数的限值要求均应来自于现行有效的国际/国内标准和行业规范性文件，也可参考建筑室内、公共交通工具等行业的相关规定，具体设计时可酌情使用。

（1）运输类飞机适航标准及其支持文件，主要有：AP－25《Airworthiness standards： Transport category airplanes》、CCAR－25《运输类飞机适航标准》、CS－25《Certification specifications for large aeroplanes》、FAR－25《Airworthiness standards： Transport category airplanes》、AC 25－22《Pressurization， ventilation and oxygen systems assessment for subsonic flight including high altitude operation》；

（2）美国采暖、制冷与工程师学会标准及手册，主要有：ASHRAE STD 55《Thermal environmental conditions for human occupancy》、ASHRAE STD 62.1《Ventilation for acceptable indoor air quality》、ASHRAE STD 161《Air quality withing commercial aircraft》、ASHRAE Handbook《HVAC Applications》；

（3）国际自动机工程师学会文件，主要有：SAE ARP85《Air conditioning systems for subsonic airplanes》、SAE ARP1270《Aircraft cabin pressurization control criteria》、SAE AIR4766《Air quality for commercial aircraft cabins》；

（4）国家标准，主要有：GB9673《公共交通工具卫生标准》、GB18883《室内空气质量标准》、GB50189《公共建筑节能设计标准》、GB/T17095《室内空气中可吸入颗粒物卫生标准》、GB50325《民用建筑工程室内环境污染控制规范》；

（5）其他规范性文件，主要有：EPA－NAAQS标准《National ambient air quality standard for ozone》、OSHA标准《Occupational safety and health administration standard》、ACGIH文件《Threshold limit values for chemical substances and physical agents & biological exposure indices》等。