A320 飞机空调系统工作原理最新.docx
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A320飞机空调系统工作原理最新
分类号
编号
UDC
密级
公开
毕业设计（论文）
题目
A320飞机空调系统工作原理与使用维护分析
AirbusA320AirConditionSystem
WorkingPrincipleandMaintenanceAnalysis
作者姓名
专业名称
指导教师姓名及职称
讲师
提交日期
2012年5月31日
答辩日期
2012年月日
答辩委员会主任
评阅人
年
月
日
A320飞机空调系统工作原理
与使用维护分析
学生：
指导老师：
摘要
飞机空调系统是飞机中一个很重要的系统，它的基本任务是使飞机的座舱和设备舱在各种飞行条件下具有良好的环境参数，与飞机在飞行过程中人员的正常工作和生活以及设备的正常工作有着直接关系。
空调系统遍布飞机驾驶舱、客舱、货舱和电子设备舱等，管路、部件、系统结构繁多，在使用过程中，很容易出现各种问题。
本篇论文首先通过对飞机空调系统进行了一个概述性的描述，说明了人体会环境参数的要求。
然后以空客320飞机空调系统为例，对A320飞机空调系统以及部件进行了详细的介绍。
最后对A320飞机空调系统常见的故障进行了分析并且提出了排故措施。
在提高对飞机空调系统的认知度的同时，也为以后的工作提供了参考资料，减少了不必要的资源浪费。
关键词：
空调系统，工作原理，故障分析
AirbusA320AirConditionSystem
WorkingPrincipleandMaintenance
Abstract:
Theairconditionsystemisaveryimportantsysteminanaircraft.Themainfunctionofthissystemistomaintainasuitableparameterduringflightinthepressurezones.Itdirectlyaffectshuman’sandequipment’sworking.Airconditionsystemdistributesinmanycomponentslikecockpit,cabin,cargoandelectroniccompartment.Ithasahighpossibilitytogetmalfunctionbecauseofitscomplicatedducts,componentsandstructure.
Firstly,asummaryofairconditionsystemisintroduced.Itprovideshuman’srequirementofenvironmentparameters.Secondly,airbus320airconditionsystemanditscomponentsareintroducedindetail.Atlast,severalkindsofcommonfailuresareanalysedandtherelativetroubleshootingprocedureisadvised.Itcanhelppeopleunderstandtheaircraftairconditionsystem,providereferencemediaandsavetheresourcesatthesametime.
KeyWords:
aircondition,workingprinciple,failureanalysis.
目录
第一章空调系统概述1
1.1创造空中座舱环境的技术措施1
1.2气密座舱的环境参数以及要求1
1.2.1对座舱温度的要求2
1.2.2座舱压力的要求2
第二章A320空调系统原理及部件介绍4
2.1系统概述4
2.2分配系统5
2.2.1客舱空气分配和再循环系统5
2.2.2驾驶舱通气系统7
2.2.3厕所/厨房通气系统9
2.2.4独立的空气分配系统11
2.2.5电子设备通风系统11
2.2.6货舱通风系统17
2.3压力控制系统17
2.3.1系统概述18
2.3.2系统部件介绍20
2.3.3压力控制操作模式22
2.4温度控制系统23
2.4.1货舱加热系统24
2.4.2空气冷却系统25
2.5应急冲压系统27
第三章空调系统的常见故障维护29
3.1驾驶舱或客舱温度过高29
3.1.1故障现象29
3.1.2故障维护措施29
3.2座舱压力不能保持30
3.2.1故障现象30
3.2.2故障维护措施30
3.3客舱异味31
3.3.1故障现象31
3.3.2故障维护措施31
3.4流量控制活门故障31
3.4.1故障现象31
3.4.2故障维护措施32
3.5空调引气系统故障32
3.5.1故障现象32
3.5.2故障维护措施33
3.6小结33
第四章总结34
参考文献35
致谢36
第一章空调系统概述
民航客机一般在对流层飞行，对流层的特点是：
空气温度随高度增加而均匀降低，平均梯度为6.5℃/km；空气湿度随高度增加而迅速减小。
高度为6km时，水蒸气含量只有地面的1/10，高于9km后，大气中含水量极少；大气中的固态杂质也随高度增加而迅速减少。
大气压力随高度增加而降低给飞行带来的主要困难是缺氧和低压，此外，压力变化速率太大也会给人的生理造成严重伤害，表1-1为在不同高度上人体的生理反应。
表1-1不同高度人体生理反应
高度（ft）
含氧饱和度
症状
8000
90%以上
无明显反应
10000
90%
长期停留会出现头痛、疲劳
15000
81%
昏昏欲睡、头痛、嘴唇指甲发紫，视力、判断力减弱，脉搏、呼吸加快
22000
68%
出现惊厥
25000
50%
不供氧则5min后失去知觉
1.1创造空中座舱环境的技术措施
为了确保飞行安全，改善空中人员的生活和工作条件，一般采用供氧装置和气密座舱两种方式。
供氧装置对于民航飞机来说供氧方式仅适用于低速的螺旋桨类飞机，或者为喷气客机气密座舱的一种补充方式，如给机组人员或病员补充供氧，或者当座舱失去气密时用氧气面罩作为应急供氧。
气密座舱又叫增压舱，是将飞机座舱密封，供气增压，使舱内压力大于外界大气压力，并对座舱空气参数进行调节，创造舒适的座舱环境，以满足人体正常生活和工作的需要。
这是一种高空飞行时安全有效的措施，是当代民用飞机普遍采用的一种方式。
当座舱增压后，机身结构承受拉应力[15]。
1.2气密座舱的环境参数以及要求
气密舱的主要环境参数是座舱空气的供气量温度、压力、压力变化率、座舱余压以及空气的湿度、清洁度等，对它们的要求主要是基于满足人体生理卫生，为乘客和空勤人员提供安全舒适的生活和工作环境。
1.2.1对座舱温度的要求
根据航空医学要求，最舒适的座舱温度为20~22℃，正常情况下保持在15~26℃的舒适区范围内。
另外，座舱内温度场应均匀，无论是垂直方向还是水平方向，与规定座舱温度值的偏差一般不得超过±3℃。
座舱壁、地板和顶部的内壁温度基本上应保持与舱内温度一致，否则由于热辐射和对流的影响会使乘员感到不舒适。
同时，各内壁的温度应高于露点，使其不致蒙上水汽[6]。
1.2.2座舱压力的要求
对座舱压力有两个方面的要求，一是使用升限时座舱空气压力的绝对值，二是座舱压力变化速率的要求。
常用到的与座舱压力有关的参数有座舱空气压力pC、座舱高度H、座舱余压Δpc和座舱空气压力变化率dpc/dt。
座舱空气压力是使用升限时座舱空气的绝对压力，应保证舱内有足够的氧分压，以使在整个飞行过程中，旅客不需要使用氧气设备。
对于一般乘客只要保证吸入空气的压力不小于570mmHg就不会产生缺氧症状。
座舱压力也可以用座舱高度（HC）表示。
座舱高度是指座舱内空气的绝对压力值所对应的标准气压高度，单位为m。
座舱空气压力上限值565mmHg，它大约相当于2,400m高度上的大气压力，即称此时的座舱高度为2,400m。
座舱压力降低，相应的座舱高度升高。
现代一些大中型飞机上，当座舱高度达到10,000ft（相当于3,050m）时，通常设有座舱高度警告信号，向机组成员发出警告，它表示座舱压力不能再低，此时必须采取措施。
座舱内部空气的绝对压力pc与外部大气压力pH之差就是座舱空气的剩余压力，简称余压，即Δpc=pcpH。
正常情况下，余压值为正，但在某些特殊情况下，也可能会出现负余压。
某一飞机所能承受的最大余压值取决于其座舱的结构强度，并与爆炸减压对人体的影响有关。
飞行中飞机所承受的余压值与飞行高度有关。
国际航空运输协会的医学手册规定，亚音速喷气式客机的最大压差范围约在400～440mmHg（7.7～8.5psi）；超音速运输机为490mmHg（9.5psi）。
随着客机使用升限和对舒适性要求的提高，客机的Δpc有增大的趋势，如波音747-400和MD-11飞机的最大余压值达9.1psi。
飞机在爬升或下降过程中，由于其座舱高度随飞行高度的变化，以及座舱供气流量的突然变化，都能导致座舱压力产生变化。
座舱压力对时间的变化率dpc/dt称为座舱压力变化率。
座舱压力变化率过大时，轻者使人耳腔疼痛不适，重者产生航空中耳气压症，严重时可能引起耳膜穿孔。
所以，除绝对压力外，压力变化率也是一个极为重要的参数。
生理试验证明，对于一般健康人而言，人体对座舱压力变化率的耐受能力，主要决定于压力变化率的大小及其作用时间。
对于大约为153m/min（近似2.5m/s）的垂直上升速度（相当于0.22～0.23mmHg/s的压力降低速度），以及92m/min（近似1.5m/s）的垂直下降速度（相当于0.13～0.14mmHg/s的压力增长速度），它们对人体可以长时间作用而不致产生航空中耳气压症。
第二章A320空调系统原理及部件介绍
2.1系统概述
空调系统用于使增压舱中气体处于一个合适的压力、温度和新鲜度的参数中。
在正常情况下，气压系统的空气来源于主发动机压气机、APU压气机和地面高压气源。
被压缩过的热气流经过冷却、调整，提供给增压舱后，通过放气活门排放到飞机外面。
也可以通过地面气源把调节空气直接供给分配系统。
图2-1空调系统概述
空调系统有以下分系统：
分配系统、增压控制系统、温度调节系统。
（1）分配系统：
分配系统用于将调节好的气流配送到增压舱部分。
（2）增压控制系统：
增压控制系统控制增压舱里的压力，它是全自动控制的，同时也有一个备用的手动控制。
压力根据不同的情况而改变，从而给乘客和机组提供一个舒适安全的压力值。
（3）温度控制系统
温度控制系统用于控制引入驾驶舱和客舱中气流的温度，可以在驾驶舱或者客舱里对温度进行调节。
2.2分配系统
分配系统用于将调节空气传递到增压舱部分，它包括以下分系统：
客舱空气分配和再循环系统、驾驶舱通气系统、厕所/厨房通气系统、独立气流分配系统、电子设备舱通气系统和货舱通风系统。
2.2.1客舱空气分配和再循环系统
客舱空气分配系统将调节空气供给客舱和驾驶舱，气流从混合器中经过主供气软管进入到客舱和驾驶舱中，而混合器是整个分配系统的中心元件。
气流在客舱和驾驶舱流过后，经过下部侧壁板流入底舱。
客舱和底舱的部分排气由鼓风机抽出，经过滤嘴后与空调组件中的新鲜空气在混合器组件里混合，然后再次投入使用[1]。
图2-2客舱空气分配
空调组件供应的调节空气由安装在客舱地板（36号隔框前）之下的混合组件提供，进入地板下面区域的客舱空气经过再循环风扇吸入再循环过滤器后，通过单向活门进入到混合器中，不同的飞机再循环空气和新鲜空气的比例是不同的，这个由流量选择器来控制。
混合组件的空气经过不同直径的导管被输送到客舱区域，在客舱地板下的左右方安装有大直径的供气导管，带有吸收噪音的较小直径的上升导管连接在主供气管路中，上升导管经过安装在旅客作为衣帽架上面和下面的座舱空气出口将空气供给到座舱，大部分分配导管由树脂和玻璃纤维薄板制成，管道之间由金属套管连接在一起。
如果两个空调组件都有故障，由应急冲压空气进口提供新鲜空气到混合组件中，这些空气也可以满足驾驶舱和客舱区域的使用。
当飞机停在地面的时候，由地面气源车给飞机提供气源，气流通过低压地面接头将空气输送到分配和再循环系统中，应该注意的是，不能同时用发动机或者APU和低压气源车作为飞机的气源。
2.2.2驾驶舱通气系统
驾驶舱通气系统用于为驾驶舱提供调节空气以及控制温度，这些气流从客舱分配系统中的单独的管道里引入，通过喷嘴进入到驾驶舱。
图2-3驾驶舱通气
混合组件中的空气经过一条安装在客舱地板左下方的管道提供给驾驶舱，这些空气从驾驶舱的以下地方进入驾驶舱中：
机长站位的左侧、机长脚步区域的左侧、副驾驶位置的右侧、副驾驶脚部区域的右侧和天花板左侧两个位置以及第三机组乘员位置的上方。
其中，处于侧窗上方和下方的顶板以及侧面区域的气流大小和方向可以人为进行调节。
混合组件安装在36号隔框的客舱地板之下，在分配到系统之前，混合组件将一定的新鲜空气和再循环的客舱空气进行混合[1]。
混合组件由两部分组成：
混合容腔和分配头。
混合容腔是由树脂和玻璃纤维制成，然后由金属法兰粘接到顶部。
连接到这个法兰边的是一个分配混合空气到系统供气导管并含有供给两个客舱区域的热空气的铝制分配头。
在分配头和主气流供气管路之间安装有交输导管，这些管路由铝制成并且含有噪音衰减器。
混合组件和交输导管通过波利斯和海波隆材料制成的护套进行隔热。
到驾驶舱的主供气管与热配平-空气系统的接合面由铝制成。
在这管道内有一个电操纵的备份挡板，当组件1故障时，这个挡板可以开启，确保足够的新鲜空气送给驾驶舱。
图2-4混合组件
客舱再循环风扇14HG（15HG）与再循环导管被安装在一条直线上，通过三相六电极感应马达提供动力。
该马达驱动有高效率叶片的风扇机轮，当稳定提供电源时，风扇转速将稳定在7700转/分。
在再循环风扇定子中安装有热敏电门，如果定子的温度打到160摄氏度，热敏电门将为风扇隔热。
再循环风扇安装在振动-阻尼器架上，防止由于风扇振动而损伤飞机结构。
风扇壳体上的箭头显示了气流经过风扇和涡轮的转动方向。
图2-5再循环风扇
每个客舱再循环风扇的下游都安装有单向活门，两个半圆形挡板被安装在铰链杆上，弹簧保持这些半圆形挡板在闭合位置，来自客舱再循环风扇的气流将从一侧将半圆挡板顶开，使气流经过单向活门进入到导管之中。
若气流反向流入，则会使单向活门挡板压入其基座中，防止气流的反向流入。
在每个再循环风扇的上游都装有一个再循环过滤器，每个过滤器都含有玻璃纤维制成的滤芯，滤芯装在一个多孔的纤维强化的塑料圆筒内。
整个过滤组件被安装在一个铝制的框型客体中，然后被固紧在壳体一端的一个可调节法兰边的适当位置。
2.2.3厕所/厨房通气系统
厕所/厨房通气系统用于使厕所和厨房区域保持在一个合适参数下的环境中，气流从客舱空气分配组件经过再循环系统单独的出气口流入到盥洗室，然后经过一个放气活门附近的排气管道离开飞机。
（1）厕所和厨房的供气
a舱通气
厕所和厨房的空气的大部分来自于客舱，其中的排气会引起压强的变化，将客舱中的气流压入厕所和厨房。
空气经过厕所门上的格栅进入到厕所，厨房的墙壁和顶板的格栅中安装有过滤器，空气经过滤后进入到厨房。
b独立通气
用于厕所少量的空气从单独的空气喷嘴中流出，从客舱空气分配和再循环系统中流出的气流进入到厕所/厨房通气系统的供气导管。
这些供气导管安装在客舱的顶板区域，空气经过这些供气导管然后从另一个空气喷嘴进入到厕所中，也可以根据顾客的要求将供气管道的位置进行改装。
（2）厕所和厨房的排气系统
a排气风扇
排气风扇安装在旅客座位上客舱天花板的排气管道中，由三相感应马达驱动，风扇以11700转/分持续运转，它将空气从厕所和厨房中抽出，空气经过过滤器进入到管道。
这个管道从前服务区沿着客舱到后厕所的左侧。
管道沿着机身轮廓分为双滴形导管向下延伸。
空气经过放气活门排放到机外。
在飞行或者停在地面时，当飞机电源可用时，排气风扇会一直工作。
图2-6厕所/厨房排气风扇
厕所和厨房排气风扇一直运行。
28伏直流电从正常汇流条101PP经过跳开关5HU供给电源继电器2HU。
电源继电器从正常汇流条101XP经过跳开关6HU供给排气风扇115V交流电。
热敏电门保护风扇防止过热。
如果定子温度增加到134℃（273.20°F）和146℃（294.80°F）之间，电源继电器的地断开。
b排气导管
排气导管由树脂和玻璃纤维构成，用金属套筒粘接到用于管道互相连接的每个端头，所有导管都用硅树脂和玻璃纤维制成的挠性波纹管相连，由卡箍紧固，这些管道可以方便厕所和厨房安装在客舱的不同位置。
图2-7厨房/厕所排气管道
2.2.4独立的空气分配系统
单独的空气分配系统用于从客舱分配以及再循环系统中抽出单独的气流提供给每个旅客。
图2-8独立的空气分配系统
2.2.5电子设备通风系统
电子设备通风系统用于对电子设备进行冷却，保证电子设备的正常工作。
电子设备通风系统工作在不同的工作模式，这些模式取决于环境温度，飞机是否在地面或者在飞行中。
电子设备也以不同的方式被冷却，但是这不取决于通风系统的状态。
（1）设备冷却
A设备舱
空气经过一个密封进口吹入设备架底座的方式对已安装在架的设备进行冷却（参考ARINC600）。
这些空气流经设备架的顶部，经过一个开启的出口被排出[1]。
B阴极射线管（CRT）
位于飞行员面板的CRT通过面板上密封的进口/出口吹出的气流冷却。
C中央操纵台仪表
中央操纵台设备通过吹过上面板设备和围绕下面板设备的空气冷却。
空气经过驾驶舱地板的通风口进入电子舱。
D驾驶舱面板
顶部电路跳开关和系统控制板通过驾驶舱的空气冷却，这些空气在面板后面被抽出并进入电子设备通风系统。
E变压整流器（TR）
变压整流器用电子舱的空气冷却，这些空气经过设备被抽出，进入电子设备通风系统。
F显示窗加热控制器（WHC）
风档加温计算机用流过设备进入电子舱的空气进行冷却。
G雷达
雷达用冷却设备过后的气流进行冷却（参考ARINC600）。
H电瓶（独立电路）
电瓶由电子舱排出的气流冷却，该气流围绕电瓶并经过一个文氏管排出机外。
（2）部件说明
A.航空电子设备通风计算机（AEVC）
AEVC是一个装在金属壳体的底盘上的电子组件，它位于后电子架上，控制电子设备通风系统的活门和风扇。
系统内的压力电门和温度传感器输送有关系统的状态信息到AEVC，客舱压力控制器和起落架控制和接口组件发送补充信息到AEVC。
当通电时，AEVC会做供电测试，并持续地监视系统部件。
B.鼓风机风扇
鼓风机风扇通过三相四电极单一的感应马达驱动，带有高效率叶片的风扇在马达的驱动下转速稳定在大约11600转/分。
鼓风机风扇定子上安装在一个热敏电门和继电器，如果定子温度达到140℃，热敏电门将断开，使风扇断电。
故障指示灯和复位按钮安装在风扇体上，鼓风机风扇以卡箍固紧在电子舱的飞机结构的支架上。
风扇壳体上的箭头显示经过风扇的气流方向和叶轮转动方向。
如果叶轮破裂，壳体有足够的强度包容碎片。
图2-9鼓风机风扇
C蒙皮进气活门
蒙皮进气活门被安装在机身蒙皮内的左侧前下部，这个活门是一个电操作的单一挡板的活门，也可以人工操控。
当飞机在地面时，活门被完全打开；在飞行中，活门全关闭。
在地面上，如果起飞程序发出信号之后活门没有关闭，地面人员可以手动关闭它，手动关闭活门之前，它首先通过一个活门里面的转换电门将电气隔离[9]。
图2-10蒙皮进气活门
D蒙皮排气活门
蒙皮排气活门安装在机身蒙皮内右侧的前下部，这个活门是一个带有两个较小的挡板的电力操作的单一挡板的活门。
当飞机在地面时，活门被完全打开，在飞行中，活门全关闭。
但是在飞行时过程中，出现蒙皮温度超过34℃、电子设备通风系统检测到烟雾或者AEVC不正常的情况时，小挡板将会打开。
在地面上，如果起飞程序发出信号后，活门没有关闭，地面机组能够手动关闭它。
手动关闭活门之前，它首先通过一个活门里面的转换电门将电气隔离。
图2-11蒙皮排气活门
E蒙皮交换器进口旁通活门
蒙皮交换器进口旁通活门的功能是排放多余的通风空气到地板下的区域，安装在抽风风扇的下游，在前地板下的区域的分支处。
这活门是蝶形门类型，带有一个作动筒推动的蝶形门。
两个微动电门发送活门位置的信号到AEVC，作动筒组件顶部一个指示器可以看到作动筒的位置。
图2-12蒙皮交换器进口旁通活门
F单向活门
在鼓风机风扇的下游的导管间的管路内有一单向活门，它里面有两个半圆型的挡板，弹簧将半圆挡板固定在闭合位置。
当来自鼓风机风扇的气流正向吹入时，气流将挡板顶开，允许空气流经单向活门到电子设备通风系统。
反向气流经过单向活门将压住半圆形挡板到闭合位置从而使气流关闭。
图2-13单向活门
在蒙皮进气活门后面也有一个单向活门，它用于防止在空气进口的系统由于座舱压差引起的可能的反流。
G过滤器组件
有两级过滤器组件安装在鼓风机风扇的上游，第一级是一个可清洁的板型过滤器和一个多层的过滤器，其中，板型过滤器用于除去在较大直径灰尘微粒，，另一个过滤器用于除去水分微粒。
第二级是一个可清洁的、波纹-滤芯-隔栅型的过滤器，它能除去更细微的微粒，不同的飞机除去微粒的尺寸也不同。
H导管温度传感器
管道温度传感器安装在后电子设备架的上游，它含有一个装在不锈钢管内的，顶部带有电插头的热敏电阻。
如果检测到电子设备架的温度超过62℃，它就会发出减小流量的指示。
图2-14导管温度传感器
J蒙皮热交换器
蒙皮热交换器位于上方机身12和14号隔框之间，并在正常飞行操作中用来冷却电子设备通风空气。
在框架内壁上装有隔热材料，形成了长方形管路，而且这个内墙可以容易地拆下用于结构的检查，当热交换器工作时还可以除去凝结水。
2.2.6货舱通风系统
后货舱通风系统用于供给空气到后货舱，这些空气来自于客舱区域的通风空气，经过在侧壁板后面的客舱地板的开口进入到货舱。
图2-15货舱通风系统
当抽风风扇在工作时，它沿着舱下部左侧的侧壁安装的三个进口引导空气流向舱地板区域。
舱进口的分配导管上游安装有一隔离活门。
货舱的空气在被抽风风扇抽出，经过一个隔离活门后，通过在后墙的舱顶板附近的两个出口进入到放气活门然后排出机体。
由货舱通风控制器来控制两个隔离活门的开启，在出现ISOLATIONVALVE电门关闭或者烟雾探测器检测到货舱中有烟雾的时候，货舱通风控制器会发出信号使隔离活门关闭，在电源中断使烟雾探测信号消失后，活门会被再次开启。
2.3压力控制系统
压力控制系统用于确保机身处于人员或者设备感觉舒适的压
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