ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ГЕРМОКАБИНЫ

Комфортабельность современных летательных аппаратов (ЛА) является одним из основных критериев их совершенства. Среди факторов, определяющих уровень комфорта, важное место принадлежит микроклимату в кабине ЛА, который вместе с температурой ограждений формирует внутренний тепловой режим герметической кабины (гермокабины).

Требуемый тепловой режим в гермокабине ЛА поддерживается как за счет производительности системы кондиционирования воздуха (СКВ), так и за счет эффективности тепловой защиты наружного ограждения кабины и способа организации воздухораспределения в ней.

Расчет теплового режима гермокабины - один из основных этапов проектирования системы кондиционирования воздуха. На этом этапе определяют требуемые максимальные тепло- и холодопроизводительности СКВ, расход и температуру воздуха, подаваемого в кабину. Полученные расчетные параметры служат исходными данными при выборе и расчете схемы системы кондиционирования, которая должна обеспечить нормальные условия жизнедеятельности экипажа и пассажиров в полете и на Земле, а также нормальную работу бортового оборудования.

3.1.1. ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ ВОЗДУХА В ГЕРМОКАБИНАХ

Тепловой режим гермокабины летательных аппаратов характеризуется совокупностью значений температур воздуха и внутренних поверхностей стенок (ограждений) кабины. На тепловой режим гермокабины в значительной степени влияют:

мощности внутренних и внешних источников теплоты;

назначение, тип и режим полета летательного аппарата;

конструктивные, геометрические и физические параметры гермокабины;

характеристики системы кондиционирования воздуха.

Требования, предъявляемые к тепловому режиму кабины пассажирских самолетов, устанавливаются Авиационными Правилами (АП-25) [5]. Согласно АП-25 температура воздуха в кабинах пассажирских самолетов должна поддерживаться в пределах 17...25 °С. Разность температур воздуха между кабиной летного экипажа и кабинами пассажиров не должна превышать 1,8 °С. Температура внутренних поверхностей ограждений кабины может отличаться от температуры кабинного воздуха не более чем на три градуса (ôt_k - t_скô£3°). Это условие обеспечивает нормальное восприятие человеком температуры ограждающих поверхностей и исключает возможность их запотевания при других регламентируемых параметрах воздуха. Внутри кабины некоторых типов самолетов температура воздуха должна поддерживаться в пределах 10...20 °С, перепад её в различных точках кабины должен быть не более 5 °С, допускается ôt_k - t_скô £ 5 °С.

Относительная влажность воздуха в кабине пассажирского самолета при полете на крейсерской высоте должна быть в пределах 40...60 %, а допустимая - в пределах 25...60 %. В кабинах некоторых типов самолетов относительная влажность воздуха должна поддерживаться в пределах 15...60 %. Верхний предел является оптимальным, а нижний - допустимым лишь кратковременно.

Скорость движения воздуха в зоне головы человека в кабинах пассажирских самолетов не должна превышать 0,4 м/с, а в кабинах других самолетов - 1,5 м/с.

Для обеспечения комфортного режима кабину необходимо обогревать или охлаждать в зависимости от соотношения мощностей внутренних и внешних источников теплоты. Равномерность температурного поля по объему кабины зависит от рационального распределения и удаления подаваемого воздуха, качества теплоизоляции, совершенства системы автоматического регулирования параметров воздуха и т. д.

3.1.2. ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ГЕРМОКАБИН

Для снижения теплопритоков и теплопотерь через ограждения кабин и отсеков ЛА применяют различные схемы теплозащиты. Несмотря на конструктивное разнообразие, эти схемы по способу теплозащиты можно разделить на три вида: пассивный, активный и смешанный.

Пассивный способ теплозащиты заключается в установке одного или нескольких слоев теплозвукоизоляции на внутренних поверхностях ограждений кабины или отсеков. В качестве теплоизоляции используют волокнистые и пористые материалы с низким коэффициентом теплопроводности, выполненные, как правило, в виде стеганых матов, прикрепляемых изнутри к ограждению кабины. Поверх теплозвукоизоляции устанавливают декоративную обшивку кабины.

Активный способ теплозащиты заключается в том, что проникающий через ограждения кабины тепловой поток частично передается какому-либо теплоносителю (обычно воздуху) и вместе с ним отводится за пределы кабины. Примерами активной теплозащиты являются пористое, пленочное и заградительное охлаждение, а также сублимирующие теплозащитные покрытия [6]. На пассажирских самолетах в качестве одного из способов активной теплозащиты применяются так называемые обратные панельные системы (см. рис. 3.3,б).

Способ поддержания заданного теплового режима кабины, использующий пассивную теплоизоляцию и воздух от системы кондиционирования, называется конвективной термостабилизацией кабины, а способ, в котором применяются тепловые панели, - панельной термостабилизацией. При смешанном способе термостабилизации кабины применяют сочетание конвективного и панельного способов.

3.1.3. ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В ГЕРМОКАБИНАХ

Приточный воздух, подготовленный в СКВ, поступает в гермокабину по воздухопроводам и равномерно распределяется по объему кабины воздухораспределительными устройствами.

Задача воздухораспределения заключается в формировании требуемых температурных и скоростных полей воздуха в гермокабине. Параметры воздуха и равномерность воздухообмена в кабине зависят от взаимодействия приточных, выпускных и конвективных потоков.

При конвективной термостабилизации потоки горячего (теплого) и холодного воздуха подаются в кабину непосредственно через решетки вентиляционных и отопительных коробов системы кондиционирования воздуха. Из кабины воздух поступает к выпускным клапанам, расположенным под полом пассажирских салонов. Принципиальные схемы воздухораспределения в кабинах с конвективной термостабилизацией показаны на рис. 3.1.

Рис 3.1. Схемы воздухораспределения в кабинах с конвективной термостабилизацией пассажирского (а) и маневренного (б) самолетов:

1 -теплозвукоизоляция, 2 - короб общей вентиляция, 3 - короб индивидуальной вентиляции, 4-отопительный короб, 5- коллектор обдува ног пилота, 6 - коллектор обдува остекления кабины

Для организации воздухораспределения в кабинах с панельной термостабилизацией используются панели, устанавливаемые вдоль бортов самолета (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Компоновка тепловых панелей в пассажирской кабине самолета:

1 - раздаточный короб, 2- тепловая панель

Различают прямую и обратную панельные системы. В прямых панельных системах (рис. 3.3,а) воздух из системы кондиционирования подается по раздаточным коробам в воздушные каналы панелей, нагревая или охлаждая их в зависимости от режима работы СКВ. Стенки панелей образуются теплоизоляцией внешнего ограждения кабины и внутренними облицовочными панелями. Для улучшения теплопередачи облицовочные панели выполняются из тонкого материала с хорошей теплопроводностью. Воздух из панели выходит через жалюзи в кабину. Одновременно для удаления излишков теплоты в кабину поступает холодный воздух через общую и индивидуальную системы вентиляции. Сброс воздуха из салонов в подпольную часть фюзеляжа осуществляется через специальные отверстия, равномерно расположенные по всей длине пассажирских салонов.

Рис. 3.3 Прямая (а) и обратная (б) панельные системы^::

1 - обшивка фюзеляжа, 2 - теплозвукоизоляция (внешняя стенка панели), 3 - воздушный канал, 4 - внутренняя стенка панели ;5 -короб общей вентиляции, 6 - короб индивидуальнойвентиляции, 7— раздаточныйкороб, 5-отопительный короб

В обратных панельных системах (рис. 3.3,б) воздух из СКВ поступает в салоны через решетки отопительных коробов, установленных на полу по обоим бортам самолета, а также из коробов общей и индивидуальной систем вентиляции. Воздух из салонов выходит через каналы панелей в подпольную часть фюзеляжа и поступает к выпускным клапанам.

Способ конвективной термостабилизации кабины конструктивно прост и обладает малой тепловой инерционностью, но имеет два существенных недостатка: значительный перепад температур между внутренней поверхностью ограждений и воздухом в кабине, превышающий 3° С, и существенную неравномерность температуры воздуха по ее объему. Конвективная термостабилизация используется в кабинах экипажей, пассажирских салонах, грузовых кабинах и отсеках всех типов самолетов и вертолетов.

Панельный способ термостабилизации обеспечивает комфортность условий в кабине за счет создания благоприятного соотношения между температурами внутренней поверхности ограждения и кабинного воздуха. Ограждение имеет более высокую температуру, чем воздух в режиме обогрева кабины и более низкую - в режиме охлаждения кабины. К недостаткам панельной термостабилизации относятся рост массы, гидравлического сопротивления воздухораспределительной системы и тепловой инерционности, а также сложность конструктивного выполнения и наладки.

Прямые панельные системы применяют в основном в пассажирских салонах дозвуковых самолетов, а обратные панельные системы - в пассажирских салонах как дозвуковых, так и сверхзвуковых самолетов, поскольку они являются эффективным средством тепловой защиты.