A320 飞机空调系统工作原理与维护分析.docx
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A320飞机空调系统工作原理与维护分析
CivilAviationUniversityofChina
毕业设计（论文）
专业：
飞行器动力工程
学号：
121130151
学生姓名:
司宇
所属学院：
继续教育学院
指导教师：
徐美健
二〇一五年十月
中国民航大学本科生毕业设计（论文）
A320飞机空调系统工作原理与维护分析
A320AirplaneAirConditionSystemWorkingPrincipleandMaintenanceAnalysis
专业：
飞行器动力工程
学生姓名：
司宇
学号：
12110151
学院:
继续教育学院
指导教师：
徐美健
2015年10月
创见性声明
本人声明:
所呈交的毕业论文是本人在指导教师的指导下进行的工作和取得的成果，论文中所引用的他人已经发表或撰写过的研究成果，均加以特别标注并在此表示致谢.与我一同工作的同志对本论文所做的任何贡献也已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
毕业论文作者签名：
签字日期：
年月日
本科毕业设计（论文）版权使用授权书
本毕业设计（论文）作者完全了解中国民航大学有关保留、使用毕业设计（论文）的规定。
特授权中国民航大学可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
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（保密的毕业论文在解密后适用本授权说明）
毕业论文作者签名：
指导教师签名：
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年月日
摘要
飞机空调系统是飞机中一个重要的系统，其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的浪费.
关键词：
空调系统；工作原理；使用维护；故障分析
ABSTRACT
Theairconditionsystemisaveryimportantsysteminanaircraft。
Themainfunctionofthissystemistomaintainasuitableparameterduringflightinthepressurezones.Itdirectlyaffectshuman’sandequipment’sworking。
Airconditionsystemdistributesinmanycomponentslikecockpit，cabin,cargoandelectroniccompartment.Ithasahighpossibilitytogetmalfunctionbecauseofitscomplicatedducts,componentsandstructure.Firstly，asummaryofairconditionsystemisintroduced。
Itprovideshuman’srequirementofenvironmentparameters。
Secondly，airbus320airconditionsystemanditscomponentsareintroducedindetail。
Atlast,severalkindsofcommonfailuresareanalysedandtherelativetroubleshootingprocedureisadvised。
Itcanhelppeopleunderstandtheaircraftairconditionsystem,providereferencemediaandsavetheresourcesatthesametime.
KeyWords：
Airconditioningsystem；Workingprinciple；Theusingofmaintenance；FailureAnalysis
第1章绪论
1.1空调系统产生的原因
早在1909年8月法国的飞行员路易.布莱里奥成功飞越英吉利海峡,由于当时飞机的飞行高度不高,飞机的承载效率不高，飞机的技术不够成熟.因此在早期的航空飞行员与旅客只能裹着厚厚的保暖服飞行，直至1936年空调系统开始装载在飞机上,飞行员们和旅客才能从极端的飞行环境中解脱出来。
由于空气是有重量的，所以能产生压力，地球引力的作用是使空气分布很不均匀,越接近地球表面空气的密度也越大,所以大气的压力也越大，随着高度的增加，大气的压力下降。
低气压对人体本身也有危害，随着大气压力的降低，人体会出现高空的胃肠胀气、组织气肿等高空减压症.压力降低，体内的气体过饱和游离形成气泡，阻碍血液流通并压迫神经，导致关节和头部疼痛，若高度升至19200米时，大气压力为47mmHg,水的沸点为37℃，这等于人体的正常体温,如果人体暴露在该环境下，体内的液体将会沸腾汽化导致皮肤水肿,人体温度将降低至难以生存。
高空环境的另外两个因素是缺氧和低温,平流层的温度大致在—56.5℃；飞行高度增加，大气压力减少，空气密度减少，单位体积的空气含量减少至直接导致人体血液中的氧气饱和度降低，从而导致高空缺氧。
从6km高度属于严重缺氧高度，会发生身体代谢功能严重障碍；到7km高度，人体的代偿活动已不足以保证大脑皮层对氧的最低需要量，人大脑会迅速出现意识丧失，产生突然虚脱。
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.
从1903年莱特兄弟进行人类历史上的首次成功的将飞机飞离地面几米高,到今天的民航固定翼客机运行在一万米高空左右的对流层到平流层底部。
为使驾驶员能够生存并提高驾驶时的舒适度以及提高座舱的舒适度，空调系统在飞机上的运用随着飞行高度、飞行速度的增加也在不断革新。
空调系统的作用是:
产生压力、调节温度、提供氧气。
1。
2空气循环制冷系统的优点
飞机上使用的制冷系统有空气循环和蒸发循环两种基本类型：
空气循环制冷系统是以空气为制冷工质，以逆布雷顿循环为基础的；蒸发循环制冷系统是以在常温下能发生相变的液态制冷剂为工质，是建立在卡罗循环的基础上的。
空气循环制冷系统通过压缩空气在膨胀机中绝热膨胀获得低温气流实现制冷，其理想的工作过程包括等熵压缩、等压冷却、
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5分钟后失去知觉
等熵膨胀及等压吸热四个过程，与蒸发循环制冷的四个工作过程相近。
两者的区别在于：
空气制冷循环中空气不发生相变，无法实现等温吸热；空气的节流冷效应应很低，降压制冷装置是以膨胀机代替节流阀。
目前大型飞机都是采用空气循环系统制冷的,该系统有冷热两部分气体管路组成，两支管路的气体都是来自发动机的压气机引气，飞行员根据季节特点及航路中的不同需要，旋转空调面板的温度调节旋钮到合适的位置,温度控制器接到飞行员的输入指令后，与接收到的管道温度传感器和座舱温度传感器进行比较，是加温还是降温，从而控制到达混合室的冷空气和热空气的比列,得到满足人体生理和工作需要的座舱空气.热通道较简单，就是发动机引来气体中的一部分,经过调节活门直接到达输送到混合腔的通路,各种空气循环制冷系统主要冷路的设计实现上,根据冷路系统中涡轮冷却器的类型可将空气循环制冷系统分成三类：
涡轮风扇式、涡轮压气机式及涡轮压气机风扇式。
其中涡轮压气机风扇式制冷系统是前两者的组合，结合了前两者的优点。
目前飞机上制冷主流采用的都是空气循环,其优点在于：
第一制冷工质的环保和无变相变性.空气是天然的工质,无毒无害，对环境没有任何破坏作用，而且可以随时实地自由获取。
制冷循环中空气只起着传递能量的作用，无论是它的化学成分还是物理相态都不发生变化，这是区别于其他工质作为制冷剂的制冷循环的最明显的特征。
采用节能的直接冷却系统,空气即使制冷剂又是载冷剂，供冷无需热交换器,冷空气直接进入需要冷却的环境消除热负荷，系统正压.运用在航空上,就地取材，省去了单独的压缩机以涡轮喷气发动机的压气机代替，同时也解决了客舱增压及换气的问题。
第二制冷范围宽，低温下运行性能优良.空气制冷循环可以满足零摄氏度以上负一百四十度的要求，尤其在-72摄氏度以下时其制冷性能比蒸发循环系统好，而现代大型飞机运行时从地面到一万米高空，温度变化很大从而空气制冷循环机较宽的温度制冷范围刚好满足其要求.第三空气制冷设备可靠性高、维护方便，空气制冷装置结构简单,可靠性高,安全性好,制冷剂可随时随地自由获得补充，不必担心泄漏问题;另外空气制冷循环装置拆装、移动方便，无需回收制冷剂，便于维护.
第2章A320空调系统介绍及工作原理
2.1空调系统的组成与功用
为了使旅客和机组成员能够安全舒适地生存于座舱中，A320系列飞机的空调系统有两大主要功用:
一是保证座舱有足够的新鲜空气，二是对座舱的温度和压力进行控制。
空调系统调节增压舱内的空气温度、清晰度和压力，使之保持在合适的水平。
气源系统从发动机压气机、APU压气机或地面高压气源车向空调系统提供高压空气。
高压热空气经冷却、
图2-1空调系统总图
调节后，供给机舱，然后经外流活门排出机外。
在地面上，可通过地面低压空气接口直接提供空调气到空调分配系统。
A320型飞机的空调系统主要由区域温度控制系统、增压系统、电子设备通风系统及货舱通风/加热系统组成。
它们的主要作用为：
通过控制空气流量来控制机舱压力及换气,控制驾驶舱及客舱的温度,用于通风的客舱空气再循环.
1、区域温度控制系统
见图2-2,从气源系统来的高压热引气,经过流量控制后，分别提供给两个独立的空调组件。
空调组件降低热引气的温度,减少含水量,分别提供相同温度的冷空气到混合总管。
为减少引气需求量,冷空气在混合总管内与客舱再循环空气混合.在两个空调组件失效的情况下，紧急冲压空气进门口打开,提供紧急冲压空气进行飞机通风或除烟.
图2—2区域温度控制系统
空调气分配到三个主要区域，及驾驶舱、前客舱、后客舱，从混合总管出来的冷空气，分别进入通向上述区域的管道。
为获得精确的区域温度控制，需分别加入不同流量的热引气。
为保证热引气与冷空气混合，要调节热引气压力使其高于客舱气压。
空调气流量要求和各区域温度要求可以通过空调面板30VU上的流量选择旋钮和温度选择旋钮输入。
区域控制器吧最低的区域温度要求定为基本温度，将该信号和流量要求传送给两个组件控制器。
组件控制器根据此信号，分别控制相应的空调组件，进行温度和流量调节.然后，区域控制器通过分别控制三个区域的配平空气活门,获得相应区域的选定温度。
2、增压系统
见图2-3，增压系统调节增压舱内的压力，确保使机组人员和乘客在安全和舒适的座舱高度。
座舱压力控制器（CPC）控制通过外流活门的开关程度，自动调节排出机舱的空气量。
图2-3增压系统
如果自动系统失效，可以通过客舱压力面板25VU上的模式选择旋钮MODESEL转换到人工模式,使用人工垂直速度控制开关MANV/SCTL直接控制外流活门。
在飞机后增压舱壁上，装有两个安全活门,以防止机舱与外界压力差过大。
3、电子设备通风系统
见图2-4，电子设备通风系统确保电子设备架以及驾驶舱仪表板的适当通风。
该系统由电子设备通风计算机（AEVC）自动控制，根据外界温度和飞机构型（空中或地面）不同，该系统在三种不同构型（关闭、打开和中间构型）下工作。
电子设备通风系统使用鼓气扇和排气扇使空气流动，通风空气因构型而来自不同气源.
4、货舱通风/加热系统
见图2-5，货舱通风系统给后货舱提供通风空气、通风空气来自客舱区域,通过侧壁板后的开口到达后货舱。
货舱通风系统使用排气扇抽吸空气，通风后的空气通过外流活门排出机外.从APU引气管道来的热引气与客舱空气混合，然后传入货舱通风系统，控制加
图2—4电子设备通风系统
入的热引气量即可提高货舱温度到选定水平。
图2—5货舱通风/加热系统
2.2空调系统的分系统的组成与功用
空调系统分为分配管路、压力控制、设备冷却、加热、制冷及温度控制几个分系统。
1、分配管路
分配管路的主要作用为将调节过得空气送到飞机的两个舱区,对客舱内的空气再循环，为厨房和厕所通风和设备冷却.而分配管路由主分配管路，驾驶舱分配管路，客舱分配管路,再循环系统，通风系统和设备冷却系统组成。
（1）主分配管路
主分配管路位于前货仓的后壁板内。
它将来自两个空调组件的调节空气通过客舱壁板内的提升管路和头顶分配管路送到客舱.头顶分配管路位于客舱天花板内。
地面空调接头是用来当飞机停放在地面时由外部空调源为飞机空调系统供气。
在主分配管路舱内还装有混合室，混合室的主要作用是将热空气同来自空调组件的冷空气混合后再送到分配管路。
需要注意的是混合室是用V型卡箍安装的,作用两个混合室是不能够互换的.
（2）驾驶舱分配管路
驾驶舱分配管路的调节空气来自左组件，调节空气使用沿机身安装的管路，并且与客舱的管路不同。
由于采用单独的分配管路，驾驶员就可以单独控制驾驶舱的温度.当左组件不工作时,驾驶舱分配管路也可以由右组件供气。
（3）客舱分配管路
客舱分配管路主要作用是将来自主分配管路的调节空气均匀的分配到客舱。
首先，来自主分配管路的调节空气进入安装在机体两侧侧壁板内的提升管路,由提升管路送到天花板内的头顶分配管路.头顶分配管路有间隔的分布在客舱顶板的中央.此后,空调供气进入分布在天花板和侧壁板上的扩散器和喷嘴.同时，前后厨房和厕所的流通空气也由头顶分配管路输送。
最后，调节空气在客舱内流通后通过地板上的格栅进入再循环系统或排出机外。
（4）空气再循环系统
在没有地面空调源时，空调系统的气源来自气源系统，为了减少引气量，降低发动机负载，空气再循环系统将客舱中大约50%的空气经过过滤后再送回到主分配管路。
空气再循环系统位于前货仓后壁板的主分配管路舱内。
再循环系统中主要由收集管路,气滤,再循环风扇,单向活门等组成。
再循环风扇将客舱内的空气抽出,通过高效微粒空气滤以过滤掉空气中的灰尘等杂质。
单向活门用于防止主分配管路的空气倒流入再循环系统。
2、设备冷却系统
设备冷却系统使用机舱内的空气为驾驶舱和电子舱的电子设备降温。
它由供气和排气两个系统组成，每个系统中都有主用和备用两个风扇。
设备冷却系统的空气流量由低流量传感器探测，当供气或排气系统中的空气流量低或完全停止时,传感器将警告信号发送到驾驶舱,提醒机组注意。
机外排气活门有两个作用：
正常时控制设备冷却空气的排气量.
3、压力控制
压力控制系统用于保持机内的客舱高度,使机组和乘客处于安全舒适的气压环境中.它主要包括压力控制，压力释放和压力指示警告三个子系统.压力控制系统子系统通过调节外流活门的开度控制排出机外的空气量，从而控制舱内压力的大小。
外流活门开度越大，流出的空气量越大，客舱高度越高,机内空气压力越低;外流活门开度减小则反之。
这个子系统的主要部件有客舱压力控制组件，两部数字式客舱压力控制器（简称CPC），外流活门。
在飞机后下部外流活门的两侧安装有两个正释压活门。
当外流活门失效关闭,客舱客舱余压达到8.95+/—0.15psi时,正释压活门打开，将客舱内的空气排到机外,降低客舱余压,保护飞机结构安全。
当客舱压力回复正常时，正释压活门关闭。
整释压活门为机械装置,自动工作，并且与增压系统无任何交联，不需要机组操作。
飞机在特殊情况下可能会出现余压为负的情况，而这将会对飞机结构造成损伤，所以在机身下部安装了负释压活门.当客舱余压低于-1。
0psi时,活门打开，调节内外压力。
与正释压活门相同，负释压活门同样为机械装置，自动工作,并且与增压系统无任何交联,不需要机组操作。
在前后两个货仓中都装有货仓气压保险板。
当座舱发生爆炸减压时，保险板两侧的压差将保险板推出框架,机体上下两部分压差迅速平衡，避免损伤机体结构。
在前后货仓中还装有压力平衡活门.该部件有两个活门组成,当客舱增压时，空气由其中一个流向货仓,而当客舱减压时，空气由另一个活门流出，这样就可以使货仓内的压力与客舱保持一致。
最后我们来介绍一下客舱压力警告装置，当客舱高度高于10,000英尺时触发警报，驾驶舱内会有警告喇叭响。
机组可以通过按压“ALTHORNCUTOUT”按钮关闭警告，当客场高度到达下一个警报高度时，喇叭会再次响起。
4、加温系统
加温系统提供热空气到舱门区域及货仓中，以防止结冰并提高舒适度。
它分为三个部分：
前货仓加温，后货仓加温及门区加温.
为前货仓加温的热空气来自设备冷却系统排出的空气。
加温气流首先沿着前货仓地板及侧壁板流动，之后进入分配总管内与客舱内循环空气混合。
而后货仓的加温空气来自客舱.客舱内的循环空气经过侧壁板下的格栅进入货仓的地板和侧壁板内，随后经由外流活门排出机外。
加温空气在货仓壁板内还能起到绝热的作用，避免货仓内的热量经由蒙皮向机外传导。
加温系统中的门区加温是为了提高门区温度,避免区域低温。
客舱内的两个进口门加温采用空调的热空气，其加温管路通过柔性软管与空调系统的供气管路连接。
其中左前登机门的加热空气来自驾驶舱空调分配管路.离翼紧急逃离门的加温采用电加温的方式，即在每个逃离门的内衬板，装饰板等位置安装电热毯。
5、制冷系统
制冷系统作为整个空调系统中的重要组成部分,它的主要功能包括：
控制空调组件（以下简称组件）的引气量;降低空气温度；控制组件出口空气的温度和湿度。
制冷系统的组成包括：
空调/引气控制面板，流量控制关断活门，两级交换器，空气循环机，冲压空气系统，低温限制系统和水分离系统。
空调/引气控制面板用来指示和控制冷却系统.
来自气源系统的引气首先经过流量控制关断活门，由活门控制到达组件的引气流量。
该活门为电控气动活门，当组件选择电门位于OFF位时，由弹簧力保持在关位.当电门置于AUTO或HIGH位置时，增压空气进入作动器，克服弹簧力,打开活门，引气经过流量控制后就到达主级热交换器。
冲压空气系统用于控制流过主级和次级热交换器的冲压空气气流。
冲压空气系统有三种工作模式：
地面，飞行（襟翼未收上），飞行（襟翼收上）。
在当飞处于地面模式时，冲压空气进口门全开，使冲压空气进气量达到最大,进口折流门处于全伸出位，以阻挡冰雪等外来物进入内部管道。
当飞机在地面停放时并没有迎面气流形成冲压空气，所以此时的气流完全由空气循环机中的涡轮带动风扇形成的.当工作在襟翼未收上为时，进口门及折流门都处于打开为。
当襟翼完全收上时,进口门的开度受冲压空气控制器控制。
冲压空气控制器收集来自ACM压气机出口的温度，当温度过高时则增加进口门开度，增大冲压空气进气量;温度过低时则关小进口门。
如果在飞行过程中对应的空调组件关闭，则冲压空气进口门也将关闭，以减小阻力。
主级热交换器将来自引气系统空气与来自机外的冲压空气进行第一次热交换后送到空气循环机（以下简称ACM）。
A320系列飞机采用三轮空气轴承式空气循环机。
其中三轮是指压气机,涡轮和叶轮风扇.ACM的作用是降低空气温度。
由于ACM内部的三轮式设计为高速旋转部件,所以采用了空气轴承的方式，以降低摩擦力。
需要注意的是不能反向转动ACM内部的轮轴，这样会损坏口气轴承。
次级热交换的功能与主级热交换器的功能类似,将从ACM压气机出口的增压空气与冲压空气进行热交换，有冲压空气带走热量，降低增压空气的温度。
低温限制系统用于监控进入水分离器的空气温度不低于35℉,以避免进入水分离器的水分结冰。
它主要包括温度探测器,控制器和活门三个部分。
探测器探测水分离器内部温度，当温度低于34℉时，发送信号到控制器,控制器打开活门，当温度高于36℉时,则关闭活门,在34℉到36℉之间时，控制器不发送信号到活门。
2.3空调系统的工作原理
本节具体对空客A320的座舱空气温度调节系统作具体的描述:
空调系统能够保证不断地提供新鲜空气并能在驾驶舱，前客舱和后客舱这三个区域保持恒定的选择温度。
主要是通过对进入客舱内部的空气进行调温,而进入客舱的空气是由冷气和引气混合到合适的温度来调节的。
空调系统中比较复杂的就是得到调温调湿的冷空气。
所以首先来介绍如何得到调节好的冷空气。
从引气到调温调湿的冷空气的工作过程：
组件流量控制活门:
从系统得到的高温高压空气,通过组件流量控制活门，由组件控制器的指令控制组件流量活门而自动调节空气流量。
如果组件压缩机过热，例如230℃（446°F）则组件流量控制活门气动关闭。
（注意：
从组件流量控制活门下游来的部分热空气送到热空气压力调节活门。
在发动机启动过程中两个组件流量控制活门自动关闭,在第一台发动机启动好之后30秒重新打开。
）
空调组件：
从组件活门出来的经过流量控制的空气进入空调组件（A320有两个空调组件），然后空气通过主件中的几个步骤,引气经过主热交换器，然后到压缩机。
空气在主热交换器中被冷却，然后经过加热器、冷凝器和水分离器,水分离器用来把从涡轮空气来的空气中的水分子清除掉。
空气在涡轮部分要膨胀，这使得涡轮的排气温度非常低。
涡轮带动压缩机和冷却空气风扇。
而得到经过调温,调湿的冷空气。
其中有两个步骤是是热空气通过散热器进行热交换，在交换器四周是高空中的冷空气,通过在机腹有两个相连同的开口舱，把高空的冷空气引入对空气进行降温。
组件控制器还控制防冰活门，为了防止组件冷凝器中形成冰，防冰活门会自动打开。
一旦组件控制器完全失效，防冰活门会气动控制组件出口温度（到混合器）为15℃（59°F）.
旁通活门:
旁通活门是电控的，用来通过增加热空气调节组件出口温度。
冲压空气进口和冲压空气出口叶片用来调节通过热交换器的空气流量。
要增加冷却，冲压空气叶片会开大些,旁通活门会关小些。
要增加温度,冲压空气叶片关小些，旁通活门开大些。
起飞和着陆过程中，冲压空气进口叶片完全关闭以防止外来物进去。
主件控制器:
组件控制器主要用来控制组件流量控制活门何旁通活门，每个组件控制器能跟据从区域控制器来的所需信号对相应的组件进行基本的温度和流量调节。
组件控制器同样也控制着进出给散热器散热的空气流量。
以达到得到相应温度的冷空气.（注意在起飞降落阶段控制进出散热器部位空气的两个开口舱不允许打开的）。
总结:
如果把这一过程简单化,可以把除了组件控制器以外的部分和为空调组件。
即热空气通过空调组件得到调温调湿的冷空气。
从空调系统得到的冷空气要经
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