民用飞机空气管理系统共通性分析研究

奚海燕　薛战东　韩兴光

【摘 要】本文件首先介绍了共通性概念，然后以某航空制造公司两个型号民用飞机为例，从空气管理系统功能和架构、工作原理、主要部件、安装位置、人机接口等方面梳理设计的差异性和共通性，最后这两个型号的民用飞机空气管理系统的共通性设计现状进行了总结。

【关键词】民用飞机；空气管理系统；空调系统；压调系统；气源系统；机翼防冰系统；共通性；差异性

1 共通性概述

共通性是指两个或者更多机型从设计理念到设计标准规范，从通用零件的配套到大部件的装配，从备件支持到外场保障等尽可能的采用相似或者相同的方式，实现设计、制造、装配、取证、服务等方面的互通，以期达到降低设计和使用成本、提高效率等目的。主要包括：系列间型号共通性、系列内型号共通性和与竞争型号的共通性。

飞机研制开展共通性工作的最终目标，是为飞机制造商和用户创造更多的价值，其主要体现在：

a）对制造商而言，相同的机体设计，降低设计研制成本，同时也可加快适航取证周期；相同的工装工艺，降低制造成本；相同系统、零部件，降低供应商选择成本。

b）对客户而言，降低客户维修成本；降低备用航材的库存成本；降低了机组培训时间成本；提高了安排飞行员的灵活性，降低了人力调配成本。

因此，型号共通性研究对于确定飞机基本形态是非常重要的，在考虑市场需求、安全性、质量和成本的基础上，也应该保持后续飞机的独立性。

2 民用飞机设计现状概要

目前，全球正在发展50座级以上喷气客机的公司共有7家。其中，拥有或正在研制100座级以上干线飞机的共有4家：波音公司、空中客车集团、俄罗斯联合航空制造公司、中国商飞公司。拥有或正在研制50至100座级支线飞机的共有5家：巴西航空工业公司、加拿大庞巴迪公司、俄罗斯联合航空制造公司、中国商飞公司、日本三菱公司。

其中波音公司非常注重飞机共通性设计的理念。 例如B737NG系列研制过程中，专门成立了“低维修成本设计”项目组。项目组收集各种数据资料，评估新的数字化系统，增加零部件的通用性，减少零部件的总量，最终B737NG系列98%的机械零部件具备通用性，促使B737NG系列的维修成本降低了15%。

本文围绕某飞机制造公司2个型号民用飞机的空气管理系统，梳理其设计的共通性和主要差异。

3 某飞机制造公司2个型号民用飞机空气管理系统共通性共通性梳理

本文中分析的空气管理系统主要包括气源系统、空调系统（含压调系统）和机翼防冰系统。

3.1 某飞机制造公司2个型号民用飞机气源系统共通性梳理

气源系统向飞机的各个用户系统供应压缩空气。气源系统从左右发动机的引气系统、APU引气系统和地面气源获得引气，来自各个气源的引气汇集到气源总管然后被分配给发动机起动系统、空调与增压系统、发动机进气道包皮防冰系统、机翼防冰系统、水箱增压系统、总温探头通气和液压油箱增压系统。

机型1和机型2气源系统的共通性主要在：

a）均从发动机、APU和地面高压气源引气，左右两侧独立的发动机引气系统，并可通过交输引气活门进行隔离或互连，APU引气均可在地面或空中供气；

b）均为翼吊机型，机型1和机型2的气源系统部件、管路布置及走向一致。

机型1和机型2气源系统的差异性主要在：

a）机型1从发动机引气系统高压压气机第9级和第5级获得引气，机型2从发动机压气机段第10级或第14级引气；

b）过压告警值不同，机型1为220psi，机型2为130±5psig；

c）告警信息和指示灯不同。

3.2 某飞机制造公司2个型号民用飞机空调系统共通性梳理

空调系统主要实现制冷、空气分配、温度控制、再循环、电子设备冷却等功能。尽管机型1和机型2的空调系统子系统分类有所不同，但实现的功能基本类似。

机型1和机型2的空调系统的共通性主要在：

a）设计架构相似，均包括制冷系统、空气分配系统、再循环系统和温度控制系统等子系统，都实现了空气冷却、空气分配、通风、座舱温度和压力调节以及再循环功能。

b）控制板安装位置以及控制板布局相似，指示和告警系统设计相似。

机型1和机型2 的空调系统主要有以下几方面差异：

a）空调组件：机型1的空调组件初级和次级换热器是串联式，机型2的空调组件初级和次级换热器是并联式；

b）货舱通风加温功能：机型1的货舱不具备通风功能。前后货舱是采用排气至货舱与蒙皮之间的夹缝，来实现对货舱的加热。前货舱排气来自设备舱和客舱，后货舱排气来自客舱。均不进行温度控制。机型2 的前后货舱均有独立的通风加温系统，其系统自动控制，但无需飞行员控制；

c）门区域加热功能：机型1装有门区域加热系统，对登机门和应急舱门进行加热。机型2不具备门区域加热功能。

3.3 某飞机制造公司2个型号民用飞机压调系统共通性梳理

飞机压调系统通过调节排出座舱的空气流量，确保在所有正常工作状态下，座舱压力、座舱内外压差和座舱压力变化率等均在人体生理和机体结构的允许范围内，满足旅客的安全性、舒适性要求及飞机结构强度要求。本章节主要从主要部件入手对压调系统进行共通性分析。

3.4 某飞机制造公司2个型号民用飞机机翼防冰系统共通性梳理

機翼防冰系统使用气源系统所提供的热空气对机翼外侧三块前缘缝翼进行加热防冰。

机型1和机型2的机翼防冰系统的设计特点主要是：

a）系统功能均为防止发动机外侧三段缝翼前缘结冰；

b）系统的主要部件均为电磁活门，关断活门，供气管，套管，柔性接头，喷射管；

c）系统在人机接口设计均为飞行员观测到结冰条件后，通过控制面板开关启动防冰。故障和状态信息可直接通过控制器面板的灯显示。

d）设计差异主要为机翼防冰系统的设计差异仅为驾驶舱控制板布局不同。

4 某飞机制造公司2个型号民用飞机空气管理系统共通性研究小结

本文通过对某飞机制造公司2个型号民用飞机空气管理系统各个子系统的工作原理、主要功能、系统架构、人机接口和主要部件等方面的梳理和分析，发现机型1和机型2的机翼防冰系统和压调系统具有高度的共通性；机型1和机型2的气源和空调系统由于涉及子系统的复杂性和需求多样性，在基本功能保持共通性的同时，具体的设计存在一定的差异性。总的来说，机型1和机型2的空气管理系统均为传统设计架构，具有相当程度的共通性，但机型1某些局部设计更为合理，符合主流设计趋势。

【参考文献】

[1]雷世豪主编.飞机设计手册第15册《生命保障和环控系统设计》.北京：航空工业出版社，1999.

[2]苏向辉.航空制造技术《飞机环境控制系统的现状和未来》.北京：航空工业出版社，2002（10）.

[3]姜翔鹏.《B737及757飞机概述》.北京：中国航空工业规划设计院，1989（6）.

[4]惠宗泽.民用飞机设计与研究《民用飞机设计参考机种之一：B757-200》.1988（3）.

[责任编辑：朱丽娜]