座舱环境控制系统

第2代战斗机的座舱环境控制系统(enviroIunental control system，ECS)，绝大部分仍采用简单式空气循环系统，其供气量和制冷量已达到顶点，所以，存在严重的座舱热负荷。苏-27飞机是国外第3代战斗机的代表机种，虽然其ECS仍采用了第2代战斗机上使用的简单式低压除水系统，但由于采用了燃油一空气散热器和高压水分离器，可显著改善座舱温度环境。尽管如此，在给座舱供气量等方面苏-27飞机还略逊于西方国家生产的第3代战斗机。现将苏-27飞机与F-18飞机座舱供气量等作一比较。苏-27飞机除高空飞行时外，其它任何飞行状态时的座舱供气量恒定在300±20 kg/h；而F-18飞机根据飞行状态变化，控制系统以自动的按供气量曲线调节供给座舱的流量，即在300-415 kg/h之间变化。可以看出，F-18飞机比苏-27飞机的座舱供气量大1/4。我们曾对苏-27飞机飞行员关于该机种座舱ECS性能进行了调研。他们认为，在炎热季节高空飞行时，苏-27飞机的ECS可满足其控制要求，但当飞行高度<2000m时，座舱温度仍很高，飞行中有闷热感，下飞机后衣服几乎湿透，显然ECS提供的制冷量太小。

飞机座舱环境控制系统主要包括气源与供气量调节装置、座舱温度调节装置、座舱压力调节装置和座舱空气分配系统四大部分。

气源系统的功用是提供具有一定流量、压力和温度的增压空气到用压系统。

在装有涡喷发动机或涡扇发动机的飞机上，通常都利用发动机的压缩器作为气密座舱的空气增压装置(增压气源)，利用压缩器向座舱供气比较简便，对发动机工作的影响也不大，它的缺点是：发动机工作状态改变时，供气量会产生较大的变化，这对保持座舱内适当的压力和温度是不利的；此外，如果煤油、滑油蒸气进入发动机就有可能随增压空气进入座舱，影响空气的清新。

有的飞机装有专门的座舱增压器来向座舱供气，这种增压器可以由发动机直接带动、或由电动机、液压马达等其他动力来带动。现代民航飞机的气源主要来自燃气涡轮发动机压气机、辅助动力装置(APU)或地面气源。可用于空调和增压系统供气、大翼前缘及发动机前缘整流罩热防冰、发动机的启动、水箱及液压油箱增压气源、驱动液压泵等。

供气量调节装置用来自动调节输人座舱的增压空气量，使它不受或少受发动机转速、飞行速度、飞行高度变化的影响。

供气量调节装置由绝对压力调节器和文氏管组成，其工作原理如下：绝对压力调节器的作用，是使其出口(即文氏管进口)的增压空气绝对压力P保持一定。从压缩器来的增压空气，有调节器上部的接头进入，经套筒活门和活门上的进气孔，从侧面的接头流入文氏管。当出口压力P符合规定值时，膜盒上的气压作用力和弹簧的张力p膜盒弹赞保持平衡，活门进气孔的开度保持不变。如果来自压缩器的增压空气压力P₀增大，使调节器的出口气压超过规定值，则膜盒上的气压作用力就会大于膜盒和弹簧的张力，使膜盒收缩，套筒活门下移，关小进气孔。这样，空气流过进气孔的压力损失增大，出口气压就回降，直到膜盒上的气压作用力和弹簧的张力重新平衡，活门停止移动为止。由于活门和弹簧的张力刚度较小，调压过程中活门的行程又不大，可以认为膜盒和弹簧的张力基本保持不变。因此，调节器的出口气压能基本上保持不变。

座舱温度调节的基本方法是保持供气量基本恒定，控制供给座舱的空气温度(即供气温度)以满足座舱适宜温度要求。

压缩空气从气源总管流出，在进入空调组件前，流经流量控制活门(又称为组件控制活门)：流量控制活门控制通往空调组件的空气流量，还可以起到组件关断的作用。流量控制活门将供向座舱的空气量保持在一个恒定值，这样就可将座舱温度调节和座舱压力调节分开，调节座舱温度时，座舱压力不会随之波动。反之，调节座舱压力时，座舱温度也不会随着变化。

冷却系统的作用是使用空气循环制冷系统，使高温引气冷却，形成冷路空气。电子式座舱温度控制器接受来自座舱温度传感器、供气管道温度传感器、供气管道极限温度传感器及温度选择信号，经过合成放大后向温度控制活门发出信号，控制活门的开度．从而控制冷热路空气比例，保证供给座舱一定温度的混合空气，使座舱温度保持在要求范围内。

从每个空调组件流出的空调空气都进入混合总管，并通过侧面立管送至客舱侧壁和顶部供气口进入客舱。

美国联邦航空局(FAA)规定：当飞机以最大飞行高度飞行时，座舱及行李舱的气压高度不得超过8 000 ft(2 400 m)。当飞机需要在25 000 ft以上高度飞行时，必须保持座舱内气压高度不超过15 000 ft(4 500 m)。座舱压力调节系统基本任务就是保证在给定的飞行高度范围内，座舱压力及其变化率满足乘员较舒适生存的需求，而且还要保证飞机结构的安全。

气密座舱内空气绝对压力(或气压高度)和余压随飞行高度变化的规律，称为座舱压力制度。常见的压力制度有两种：三段式和直线式，从起飞、爬升到巡航这一过程分析，三段式分为自由通风、座舱压力保持和余压保持i个阶段；直线式分为地面预增压和比例控制。

常采用电子电动式压力控制系统执行直线式座舱压力制度，座舱增压控制器发出电信号，控制排气活门的驱动电机工作，带动排气活门开关，从而控制座舱的排气量及座舱压力。

座舱压力是气密座舱内空气的绝对压力，通常以座舱高度来表征，即座舱内空气绝对压力所对应的海拔高度。根据试验得出，旅客机舒适的座舱高度为0～2 400 m。安全座舱高度为3 000 m。在民用运输机上，当座舱高度达到安全座舱高度时，通常设有座舱高度警告信号，向机组成员发出警告。

座舱高度变化率是指座舱压力变化的快慢程度，它受飞机座舱压力制度和飞机升降率的影响。座舱高度变化过快会使中耳产生不适感(胀耳或压耳)，严重时中耳会发生气压性损伤。民用运输机对座舱高度变化率规定得较为严格，一般为：上升率牛500 ft/min(约2.67 m/s)，下降率牛350 ft/min(约1.75 m/s)。

余压是指飞机气密座舱内外大气压力之差。如果座舱内气压始终保持海平面气压，则人员最为舒适。但这时如果飞机在高空，则座舱余压很大，要求的结构强度大，飞机重量随之增大，同时有爆炸减压的潜在危险。解决办法是在满足人体生理需要的基础上，确定座舱内的气压应高于飞机飞行高度的气压，但低于海平面气压。对于喷气式飞机，最大余压为7～9 PSI，涡桨式飞机最大余压为5～7 PSI。

现代飞机的飞行高度和地区变化范围很大，环境温度变化也就很大，因此有必要对座舱甚至货舱进行加温或冷却，以使座舱内温度舒适：根据航空医学要求，最舒适的座舱温度为20～22 ℃，正常保持在15～26℃舒适区范围内。当空气湿度大时，高温条件有“闷热”感，低温条件有“湿冷”感；当空气湿度小时，人将会感到鼻腔、喉咙黏膜干燥。所以对座舱内空气湿度也有一定要求。因为旅客机乘员较多，故空气湿度因呼吸而偏大，因而向座舱的供气应除水。

座舱通风换气主要为了保证座舱空气压力、温度及新鲜的要求。在正常情况下，每人每分钟需要0.7～0.9 kg的新鲜空气，每人所需的舒适空间为1～1.8 m³。旅客机座舱换气次数不能少于每小时25～30次。座舱内空气流动速度也不能太大，以不超过1 m/s为宜，个人通风口则不超过3 m/s。

为了满足上述要求，民用运输机大多采用通风式气密座舱。它的基本特点是：利用外界大气，经发动机压气机增压，并进行温度和压力调节后，供往座舱；座舱内的空气又可经排气活门排出机外，通过控制排气活门的开度，可调节排气量以实现座舱压力调节和保证座舱内的空气新鲜。