где η_H2О = (E_к – E_p)/E_к — степень поглощения влаги влагопоглотителем (обычно η_H2О = 0,5—0,8).

Обычно степень насыщения воздуха в кабине водяными парами оценивается величиной относительной влажности, так как большинство явлений, связанных с влажностью воздуха (быстрота испарения, состояние живого организма), зависит не столько от количества водяных паров в воздухе, сколько от того, как близок воздух к насыщению. Тогда расчетная формула потребной вентиляции по влажности записывается в следующем виде:

Wр =  nqH2О rк 100   EмаксηH2О ,

(2.5)

где r_к = E_к/E_макс · 100 — заданная величина относительной влажности в кабине, %;

E_макс — максимальная влажность насыщенных паров в кабине при заданной температуре, г/м³.

Для расчета потребного количества свежего воздуха, подаваемого в кабину вентиляционного типа, можно пользоваться аналогичными формулами;  {39} 

1. Потребная вентиляция по допустимой концентрации примесей

Wк =  nqCO2 Cк – Cв ,

(2.6)

где С_в — концентрация углекислого газа в подаваемом в кабину воздухе.

2. Потребная вентиляция по влажности

Wк =  nqH2О rк 100   Eмакс – Eв ,

(2.7)

где Е_в — абсолютная влажность воздуха, поступающего в кабину, г/м³. Приведенные формулы позволяют рассчитать потребную вентиляцию кабин как регенерационного, так и вентиляционного типа. Заметим, что указанный расчет обычно производится по влажности и проверяется по допустимой концентрации примесей.

§ 2.2. СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ В ГЕРМЕТИЧЕСКИХ КАБИНАХ

Системы регулирования давления. На жизнедеятельность экипажа существенное влияние оказывают величина абсолютного

Рис. 2.6. Общий закон изменения давления воздуха в кабине

давления и скорость его изменения. Величина давления определяется высотой полета, а скорость его изменения — вертикальной скоростью полета. Функциональная зависимость между давлением воздуха в кабине и высотой полета называется законом изменения давления воздуха в герметической кабине (ГК). В общем случае закон изменения давления воздуха в ГК можно изобразить графиками, представленными на рис. 2.6. На этих графиках обозначены зоны, определяемые координатами начала герметизации кабины (р_г, Н_г) и координатами перехода на постоянное избыточное давление в кабине (р'_к, Н').

Зона I является зоной свободной вентиляции (рис. 2.6, а и б). Давление воздуха в кабине р_к изменяется в соответствии с изменением атмосферного давления и характеризуется зависимостью

---

рк = рH + δ,

(2.8)

{40}

где δ — величина гидравлического сопротивления потоку воздуха через исполнительный орган регулятора давления.

В пределах зоны I скорость изменения давления воздуха в кабине равна скорости изменения барометрического давления

Δрк Δt  =  ΔрH Δt ,

(2.9)

где Δр_к и Δр_H — изменения давления воздуха в кабине и в атмосфере за время Δt.

Зона II — зона постоянного давления воздуха в кабине (р_к = const; рис. 2.6, а).

Рис. 2.7. Закон изменения давления воздуха в координатах рк и рН

Зона III — зона постоянного перепада давления воздуха в кабине (р_к – р_Н = const; рис. 2.6, а и б). В этой зоне, так же как и в зоне I, скорость изменения давления в кабине равна скорости изменения барометрического давления в атмосфере.

Зона IV — зона переменного давления воздуха в кабине (рис. 2.6, б). Зависимость между давлением р_к и барометрическим давлением р_Н в этой зоне может быть найдена, если закон изменения давления p_к = f(H) перестроить в координатах р_к, р_Н. Такой график дан на рис. 2.7. На основании характеристики для зоны IV зависимость между р_к и р_Н определяется уравнением прямой линии

рк = aрH + b,

(2.10)

где a =

рг – р'к рг – р'Н

;   b = (1 – a) рг.

Величина а, как видно из рис. 2.7, не превышает единицы, а величина b обычно изменяется в пределах 400–600 мм рт. ст.

Скорость изменения давления в кабине определяется следующим соотношением:

Δрк Δt  = a ΔрH Δt .

(2.11)

Из графика изменения давления воздуха в кабине, представленного на рис. 2.6, следует, что указанные зоны полностью определяются выбором трех параметров: давлением в кабине p_г к началу ее герметизации, атмосферным давлением р'_H и давлением в кабине р'_к при переходе в зону постоянного избыточного давления. Рассмотрим, какие ограничения накладываются на выбор  {41}  указанных параметров (ширину зон), закон изменения давления в кабине в функции высоты.

Из уравнения статики атмосферы имеем

ΔрH ΔH

= γH

или, опуская знак:

Отсюда скорость изменения атмосферного давления будет равна

γH =  ΔрH Δt  ·  1 ΔH Δt  =  ΔрH Δt  ·  1 Vy

(2.12)

где V_y — вертикальная скорость полета;

γ_H — весовая плотность атмосферы на высоте H.

Из выражения (2.13) можно определить, на каких режимах полета целесообразнее поддерживать в кабине тот или другой характер изменения давления воздуха. Например, если потребная вертикальная скорость полета V_y = 300 м/сек, а допустимая скорость изменения давления воздуха в кабине ограничивается величиной до 5 мм рт. ст./сек, то переходить в зону III (когда р_к — р_H = const) можно только на высотах, превышающих 14 км.

---

Из уравнений (2.11) и (2.13) можно найти координаты рационального закона изменения давления воздуха в кабине. Зная вертикальную скорость полета V_y и задаваясь предельным значением допустимой скорости изменения давления воздуха в кабине (Δр_к/Δt)_макс можно найти значение коэффициента

a =  ( Δрк Δt ) макс γH Vy макс

(2.14)

В конечном итоге могут быть найдены искомые координаты р_г и b. Давление р_г выбирается из условия обеспечения необходимого парциального давления кислорода р₀ (рис. 2.1) в кабине.

Из приведенного анализа следует, что определяющим фактором выбора профиля закона изменения давления являются максимально возможные вертикальные скорости летательного аппарата на различных высотах и физиологические нормы максимально допустимых скоростей изменения давления воздуха в кабине.

На рисунке 2.8 показаны различные профили закона изменения давления воздуха в ГК. Наиболее распространенный закон изменения давления в кабине соответствует кривой 4.

Для ограничения скорости изменения давления в кабине наиболее целесообразным является закон изменения давления, соответствующий кривой 2. При больших вертикальных скоростях  {42}  в зоне малых высот полета целесообразно использовать законы изменения давления, соответствующие кривым 3 и 2.

Рис. 2.8. Возможные законы изменения давления воздуха в кабине: 1, 2 и 5 — для кабин истребителей: 3 — для кабин пассажирских самолетов; 4 — для кабин бомбардировщиков

Указанные законы изменения давления в кабине находят применение на самолетах различных типов. Так, на пассажирских самолетах, обладающих малыми вертикальными скоростями, для создания наилучшего комфорта целесообразно применять закон, соответствующий кривой 3. На бомбардировщиках используется закон, соответствующий кривой 4, на истребителях — законы, соответствующие кривым 2, 1 и 5. Для воспроизведения желаемого изменения давления воздуха в ГК используются специальные регуляторы давления.

Схемы регуляторов давления. Регуляторы давления предназначены для поддержания заданного закона изменения давления воздуха в кабине. Чтобы обеспечить регулирование давления воздуха в кабине при различных расходах воздуха от минимальной величины вентиляции до максимальной регуляторы должны обладать достаточной пропускной способностью. В зависимости от пропускной способности регулирующего органа (клапанного устройства) и допустимой скорости изменения давления воздуха в кабине применяются регуляторы давления прямого и непрямого действия.

При подаче воздуха, не превышающей нескольких сот килограммов воздуха в час, в ГК применяются регуляторы прямого действия, управляемые непосредственно чувствительными элементами. При большей подаче применяются регуляторы непрямого действия, так как для перепуска необходимого количества воздуха приходится применять утяжеленные клапаны, которыми без специальных усилительных устройств (при сохранении заданных требований регулирования) не смогут управлять непосредственно чувствительные элементы. Регуляторы непрямого действия обеспечивают большую точность регулирования и ограничивают скорость изменения давления воздуха в кабине.

---

Для реализации необходимого профиля закона изменения давления в кинематической схеме регулятора обычно предусматриваются два самостоятельных регулятора: регулятор абсолютного давления и регулятор избыточного давления, причем оба регулятора  {43}  выполняются в виде единой конструкции. Регулятор избыточного давления служит для реализации зоны с постоянным перепадом, а регулятор абсолютного давления обеспечивает реализацию всех других зон изменения давления воздуха в ГК.

Рис. 2.9. Кинематическая схема регулятора давления прямого действия: 1 — анероидный сильфон; 2 — сдвоенный клапан; 3 — шток; 4 — пружина; 5 — обратный клапан

Кинематическая схема регулятора давления прямого действия приведена на рис. 2.9. Чувствительным элементом регулятора абсолютного давления является анероидный сильфон 1. Регулирующим органом является сдвоенный клапан 2 разного диаметра, соединенный с подвижным центром сильфона штоком 3. Чувствительным элементом регулятора избыточного давления является система клапана 2 с пружиной 4. Если избыточное усилие, приложенное к сдвоенному клапану, от перепада давления в кабине и атмосфере будет больше жесткости пружины 4, то клапаны откроются для увеличения перепуска воздуха из кабины.

Регулятор работает следующим образом. При давлении воздуха в кабине, равном давлению атмосферного воздуха у Земли, чувствительный элемент регулятора находится в сжатом состоянии и клапан 2 открыт. При уменьшении абсолютного давления воздуха в кабине подвижный центр сильфона 1 начинает постепенно прикрывать сдвоенный клапан 2. Пока абсолютное давление в кабине не упадет до значения р_г (рис. 2.6), клапан 2 прикрывается на такую величину, что поступающий в кабину воздух свободно уходит через зазор между клапаном и выходными отверстиями регулятора в атмосферу. При таком положении клапана обеспечивается режим свободной вентиляции. Начиная с высоты H_г зазор h между сдвоенным клапаном и диаметром d_к выходных отверстий будет соответствовать неравенству h < 0,2d_к. При этом соотношении обеспечивается эффективный перепуск воздуха из кабины в атмосферу.

На высотах от Н_г до Н' регулятор абсолютного давления перепускает воздух из кабины в таком количестве, чтобы в кабине на этих высотах поддерживалось абсолютное давление, равное давлению, на которое отрегулирован чувствительный элемент. На высоте Н' вступает в работу регулятор избыточного давления, который поддерживает постоянное избыточное давление в кабине на всех высотах полета более Н'. Регулирование постоянства избыточного давления (p'_к – p'_H) обеспечивается соответствующим  {44}  открытием и закрытием выходных отверстий регулятора, когда нарушается равенство сил: силы пружины 4, с одной стороны, и силы давления кабинного воздуха на избыточную площадь нижнего клапана, с другой стороны. Пружина 4 отрегулирована таким образом, чтобы она могла сжиматься и допускать открытие клапанов в тех случаях, когда на площадь клапанов действует избыточное давление, равное заданному (p'_к – p'_H).

---

Предусмотренный в регуляторе обратный клапан 5 служит для ликвидации отрицательного перепада давления воздуха в кабине. Такой перепад может быть при резком снижении самолета.

Для улучшения качества переходного процесса системы регулирования давления воздуха в системах кондиционирования широко используются регуляторы давления со стабилизирующими устройствами. Рассмотрим кинематическую схему регулятора непрямого действия, обеспечивающего изменение давления в ГК по закону, соответствующему кривой 4 (рис. 2.8).

Регулятор непрямого действия по принципу действия во многом похож на описанный выше регулятор (рис. 2.9). Кинематическая схема регулятора непрямого действия показана на рис. 2.10. На этой схеме регулятор абсолютного давления представлен чувствительным элементом — анероидным сильфоном 5, реагирующим на давление воздуха в полости А, усилительным устройством в виде игольчатого клапана 4 и мембраны 5, воспринимающей перепад давления воздуха (p_A – p_к), исполнительным органом — клапаном 10, перепускающим воздух из кабины в атмосферу, и демпфером 11, реагирующим на скорость изменения давления в кабине (Δр_к/Δt). Регулятор избыточного давления представлен чувствительным элементом — мембраной 2 с пружиной 1, реагирующим на перепад давления воздуха в полости А и в атмосфере, усилительным устройством — игольчатым клапаном 3 и мембраной 8, исполнительным органом — клапаном 10.

Рассмотрим работу регулятора. При подаче в кабину воздуха, когда самолет находится на земле, давление в ней, а следовательно, под мембраной 8 начинает увеличиваться. Давление над мембраной 8 остается практически атмосферным, так как в рассматриваемом случае сильфон находится в сжатом состоянии и клапан 4 при этом полностью открыт. Приложенный к мембране перепад давления воздуха поднимает клапан вверх при избыточном давлении в кабине не более 30 мм рт. ст. При таком положении регулятора осуществляется вентиляция кабины.

С подъемом на высоту вступает в работу регулятор абсолютного давления. Сильфон расширяется, и клапан 4 перемещается в сторону уменьшения проходного отверстия из полости А в атмосферу. Давление в полости А начинает увеличиваться в результате  {45}  поступления воздуха через дроссельное отверстие 7, а перепад давления на мембране 8 — уменьшаться. В результате клапан 10 опускается, уменьшая проходное сечение для выхода воздуха из кабины, давление в ней повышается до заданного значения. Если давление

Рис. 2.10. Кинематическая схема регулятора давления непрямого действия с демпфирующим устройством: 1 — пружина; 2 — мембрана узла избыточного давления; 3 и 4 — игольчатые клапаны; 5 — анероидный сильфон; 6 — пружина; 7 — дроссельное отверстие; 8 — мембрана клапана перепуска; 9 — мембрана; 10 — клапан перепуска; 11 — демпфер; 12 — дроссельное отверстие; 13 — игольчатый клапан; 14 — мембрана демпфера

---

Смотрите также файлы

• 149835_kestelman_v_n_fedorov_a_v_mehanizmy_upravleniya_samoletom.pdf

• Bezopasnost_vzleta_v_uslovijah_obledenenija.pdf

• dorfman_pogovorim_o_shassi.pdf

• Панель_3.pdf

• Панель_3-1.pdf