浅析飞机地面空调车风量测控系统数学建模及工程实施

陈晓佳

（成都成设航空科技股份公司，四川 成都 610091）

飞机地面空调车（以下简称空调车）是一种用于在飞机着陆后或起飞前，飞机发动机处于停机状态下，代替飞机环控系统向飞机机载电子设备舱、座舱提供符合要求的新风工作环境，以保证机载电子设备在规定条件下，其全寿命期内稳定可靠工作的飞机地面保障设备。空调车运行过程中，如何准确、安全、可靠的测控风量，成为衡量空调车能否适用于不同型号飞机的重要功能参数之一。

1 供风、送风系统构成

空调车工作时，外部空气经过滤网，依次通过“一级蒸发器”（10）、供风管道（11）进入高压风机（14），经过“二级蒸发器”（15）、“三级蒸发器”（16）调温、除湿处理，由送风管道（17）送入飞机座舱及电子舱。图中（12）和（13）分别为前后端压力、温度测样点（图1）。

图1 供、送风系统

2 数学建模

2.1 流量换算

忽略系统中气流的微量泄漏等因素，基于流体动力学能量守恒原理，常温常压下通风管道内气体流动应遵循伯努利方程式：

其中，P 为静压力，ρ 为流体密度，v 为流体流速，z为铅垂高度，C 为常数。

根据质量守恒原理，在同一时刻内供、送风管道通过的气体质量相等：

其中，Qm为气体质量流量，Qv为气体体积流量，ρ 为气体密度，A 为管道有效横截面积。

由此，得出标准状态下的体积流量关系式为：

其质量流量关系式为：

其中，

上述两式中，Qmn为气体质量流量，Qvn为气体体积流量，ΔPn为采样点管壁差压，ρn为气体密度。A1、A2为采样点管壁有效横截面积。

2.2 温压补偿

供风管道前后采样点之间间隔一级蒸发器，气体密度受温度变化影响较大，根据气态方程：

其中，p 为绝对压力，V 为体积，Z 为压缩系数，n 为物质的量，R 为普适气体常量，T 为绝对温度，μ 为分子量，C′为常数。

由此得出，前后采样点不同温度、压力状态下气体的密度关系式：

其中，ρ1、ρ2为气体密度，T1、T2为气体热力学温度，P1、P2为绝对压力，Z1、Z2为气体压缩系数，在同段供风管道内可看作近似相等。

由此，可得出供风管道质量流量的补偿修正公式：

其中，ρn为气体密度，Tn气体热力学温度，pn为气体绝对压力，p1为绝对压力，T1为气体热力学温度，K′为不同温度、压力状态下气体的密度比。

3 风量测控系统架构

风量测控系统以PLC 为测控核心单元。压力、温度信号经变送器输出4 ～20mA 标准电流信号至PLC，并根据其变化值实时调整变频器输出频率，实现微调高压风机转速，达到恒定输出风量的目的（图2）。

图2 风量测控系统架构

4 工程实现

4.1 采样点

考虑到气体沿直段管道流动相对稳定的因素，选定在靠近一级蒸发器出、入口的A1、A2 点安装测试器材。

4.2 采样跟踪

图3 风量测试连接示意图

根据公式（8），编写PLC 运算程序并进行实时采样跟踪，对不同转速下的风量进行采样记录（图4）。实测风量误差可控制在设定值的±3%范围内。

5 结语

采用测量管道内壁相对气压差，进行温压补偿得出气体质量流量的方式，能够解决空调车对风量测控的需求。该风量测控系统经过长时间的稳定运行，证明可以较好地应用于飞机空调车智能测控系统上。

图4 流量曲线对比