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座舱增压

座舱增压的基本任务是保证在给定的飞行高度范围内,座舱的压力及其变化速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,又分为正常增压控制与应急增压控制。

定义

座舱增压控制系统的基本任务是保证在给定的飞行高度范围内,座舱的压力及其变化速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。

座舱温度控制系统不断地把经过调节的具有一定温度和压力的空气供入座舱(驾驶舱和客舱)。座舱的供气量指供入座舱的空气流量,座舱的控制排气量指通过排气活门控制的排气流量,而座舱漏气量指由于密封不严而导致的漏气流量。要保持座舱压力不变,需要维持座舱供气量等于总排气量。要控制座舱压力增加,就需控制座舱供气量高于座舱控制排气量及座舱漏气量之和。所以通过控制供气量和排气量,可以控制座舱压力及其变化规律。

由于座舱温度控制通常通过改变供气温度和供气量来进行控制,故为了保持压力控制与温度控制互相独立,压力控制通常不采用改变供气量的方法,而采用改变排气量的方法。目前飞机上的座舱压力调节一般都是采用保持供气量不变,通过改变排气量的方法来控制座舱压力。

分类

正常增压控制

座舱正常增压控制系统是通过控制排气活门的开度控制座舱压力。现代飞机上一般有三种增压控制方式:例如波音737飞机上有自动方式、备用方式和人工方式;在波音757飞机上有自动1、自动2和人工方式。自动控制方式是在起飞前输入飞机巡航高度和着陆机场高度等信号后,飞机的增压控制系统完全自动工作。在自动方式下,增压系统的工作由增压控制器控制。增压控制器接受座舱高度、座舱高度变化率、座舱压力、外界大气压力、空地感应机构的空地信号及控制方式等信号,综合处理后,向排气活门发出指令,控制排气活门的运动以进行增压控制。现代客机的排气活门大多由电机作动,采用直流电机和交流电机。

为了保证增压控制系统的可靠工作,现代飞机一般采用两套自动增压系统,如果一套增压系统出现故障,可自动转换到另外一套系统工作。如两套自动增压系统都出现故障,则可通过人工控制电门,直接控制排气活门运动,此时可通过排气活门位置指示器监控活门的运动情况。

应急增压控制

当正常增压控制失效的情况下,有可能导致座舱内外的压差过大。在飞机急速下降时,有可能会使座舱内的压力跟不上外界空气压力的变化,导致座舱外的压力高于座舱内的压力,产生负压。我们常把座舱内的压力高于座舱外的压力称为正压力,把座舱外的压力高于座舱内的压力称为负压。座舱内外的压力差过大会影响飞机结构的安全,座舱内压力过高有可能使飞机上的乘员出现高空反应,甚至危及生命;如果飞机产生负压,有可能导致飞机结构的损伤,因为飞机座舱结构属于薄壁结构,它只能承受拉应力而几乎不能承受压应力。

应急增压控制包括;正压释压活门、负压活门、座舱高度警告系统。正压释压活门是在飞机座舱内外压力差超过一定值时打开,以释放多余的座舱压力,防止座舱内外压力差过大而影响飞机结构安全。负压活门的主要作用是防止座舱外的压力高于座舱内的压力。座舱高度警告系统是在座舱高度高于10000ft时发出警告。有的飞机上正压释压活门和负压活门合为一体,即一个安全释压活门可用于正压释压和负压释压。释压活门是独立于正常增压控制系统的。释压活门一般是气控气动式的。

主要控制参数

座舱增压控制系统的主要控制参数有座舱高度、座舱高度变化率及座舱余压。

座舱高度

座舱高度是座舱内的绝对压力所对应的距离海平面的高度。座舱高度反映的不是飞机的飞行高度,而是座舱内的压力。座舱高度与飞机的飞行高度不同。座舱高度可能大于飞行高度(如在飞机急速下降时)、等于飞行高度(如在地面自由通风时)或小于飞行高度(如在正常飞行时)。一般不允许飞机座舱高度高于飞行高度,负压活门就是为了防止飞机的座舱高度高于其飞行高度。在正常情况下,飞机的座舱高度一般不超过8000ft(约为2400 m) 。

座舱高度变化

座舱高度变化率反映的是单位时间内座舱高度的变化情况。实际上就是反映了座舱内压力的变化速率。飞机急剧上升或下降时,由于大气压力在短时间内变化大,飞机座舱压力也相应迅速变化,引起人体肺腔、腹腔和耳腔等器官的疼痛。这是因为人体各器官腔室内压力来不及与外部压力平衡,引起组织器官膨胀或压缩。所以必须对座舱高度的变化速率加以限制。现代民航飞机座舱高度的变化速率在爬升过程中一般不超过500ft/min,下降时不超过350ft/min。一般情况下,人体对座舱内压力增加(即座舱高度降低)速率感觉灵敏。这也是座舱高度增大和减小时所允许的座舱高度变化速率不同的原因之一。

座舱余压

座舱余压指的是座舱内外的压力差,即座舱内的压力减去座舱外的大气压力。影响座舱余压的因素是飞机座舱结构强度、座舱绝对压力的最小值和爆炸减压病对人体的影响。

如果座舱内的压力高于座舱外的压力常称为正压力;如果座舱内的压力低于座舱外的压力常称为负压力。机身的结构应该能够承受座舱内外的压力差。如座舱内外的压力差过大,会使飞机结构损坏。如果座舱内外产生负压力,也会使结构产生损坏,因为飞机座舱属于薄壁结构,不能承受负压引起的压应力作用。

座舱余压必须限定在一定范围内。不同设计巡航高度的飞机其最大余压有所不同。现代客机最大座舱余压一般不超过8.6-9.1PSI。

控制系统工作

增压控制系统由座舱增压控制器控制。座舱增压控制器可接受控制方式选择、空地感应、空地电门(或油门杆)、大气数据计算机、座舱压力及变化率等信号,一般需要输入巡航高度及着陆机场高度的信号。控制器根据这些信号,自动输出控制信号到排气活门,通过控制排气活门的开度及运动速度,控制座舱高度、座舱高度变化率及座舱余压。

地面不增压阶段

飞机在地面时,自动座舱控制器发出使座舱高度高于跑道高度的指令,因此使排气活门完全打开,飞机座舱处于自由通风阶段,座舱高度等于飞机高度。

地面预增压阶段

当驾驶员将空地电门放到“飞行”位置时(或推油门到一定位里时)座舱增压控制器发出使座舱高度低于跑道高度的指令,排气活门关小,一飞机座舱开始增压,一般增压到座舱内外压力差为0.1PSI,此时座舱高度低于飞机高度。

爬升阶段

当飞机离地后,空地感应机构向控制器精送飞机离地的信号,增压控制器进人爬升程序。在爬升过程中,飞机的座舱高度随着飞行高度的增加而增加。在爬升过程中,由于速率控剩电路起主要作用,因此使排气活门开度逐渐减小。

巡航阶段

当飞机接近选定的巡航高度时,增压控制器进人巡航程序。在巡航阶段,高度控制电路起主要作用。如果座舱余压不超过其规定的最大值,飞机座舱将实行等压控制,即保持飞机的座舱高度不变。如果飞机飞行高度升高,使得座舱余压有超过最大值的趋势,则压差控制 电路起主要作用,此时控制器箱出信号,限制座舱余压,即实行等压差控制。

下降阶段

当飞机下降一定商度后,增压控制器进入下降程序。此时增压控制器发出使座舱高度低于着陆机场跑道高度的指令。下降过程中,如果座舱高度变化速率不超过其极限时,排气活门总的趋势是逐渐关小的。但如果座舱高度变化速率过大,速率控制电路会控制排气活门开大。

着陆预增压阶段

当飞机接地时,座舱高度低于着陆机场高度,即座舱保持微增压接地。

停机不增压阶段

当驾驶员将空地电门放在“地面”位置(或收油门到一定位置),增压控制器发出使座舱高度高于着陆机场高度的指令,使排气活门完全打开。

参考资料

河南工人日报数字报