四轮高压除水空气循环制冷系统优化与分析

摘要

飞行器在飞行时所遇到的外界环境变化是剧烈的，包括压力、温度、湿度等。因此，如何将飞行器舱内空气的压力、温度、湿度、气流速度和洁净度保持在能够满足旅客和空勤人员日常生活和设备可靠工作显得至关重要。现阶段航空航天事业飞速发展，飞机上的环境控制系统从氟利昂制冷系统逐步发展成为空气循环制冷系统。空气循环制冷系统又依次经历了简单式空气循环制冷系统、升压式空气循环制冷系统、低压除水三轮升压式空气循环制冷系统、高压除水三轮升压式空气循环制冷系统、四轮升压式高压除水空气循环制冷系统。
　　本文就四轮升压式高压除水空气循环制冷系统进行分析，在传统（单轴）四轮系统的基础上，对系统的结构进行改变，提出了一种基于共轴线的两轴四轮升压式高压除水系统。为了判断这种两轴系统较传统系统是否起到优化作用，本文利用熵增、火用损失等热力学原理，以及起飞总质量法对两种系统进行了对比分析。
　　在进行熵增分析时，主要对两种系统在同样的飞行环境下，系统内主要状态点压力、温度、比熵等参数进行计算。对比两种系统得到的数据结果，得到两轴系统的熵增小于传统系统的熵增。
　　在进行火用分析时，同样对两种系统在同样的飞行环境下，系统内主要状态点压力、温度、比火用等参数进行计算。对比两种系统得到的数据结果，得到两轴系统的火用损失小于传统系统的火用损失，且两轴系统的火用效率高于传统系统的火用效率。
　　在分析两种系统的火用损失后，就单个四轮系统，对影响其火用损失的主要部件也进行了分析，并得到一些定性的结果，详见本文第四章。
　　对两个系统进行起飞总质量分析，是从经济效益的角度出发，判断两个系统的优劣。通过分析可以得到：在短航程的旅客机和战斗机上，传统系统具有优势；在中等航程、长航程或者载客量较大（>200人）的客机上，两轴系统具有优势。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2空气制冷循环的发展历程

1.3四轮升压式高压除水系统介绍

1.4本文研究方向

第二章 两种四轮系统的熵增分析

2.1熵的概念与熵增

2.2状态参数熵的推导

2.3传统四轮升压式高压除水系统熵增分析

2.4两轴式四轮高压除水空气循环制冷系统

2.5本章小结

第三章 两种四轮系统的火用损失分析

3.1火用的概念与火用损失

3.2稳流系统工质的火用及系统火用平衡方程

3.3四轮系统的火用损失分析

3.4本章小结

第四章 环控系统部件参数对火用损失的影响

4.1两轴系统分析

4.2减少四轮系统火用损失的途径

4.3本章小结

第五章 环控系统的起飞总重量分析

5.1起飞总质量法

5.2旅客机环控系统的起飞总重量的分析

5.3 航程对起飞总重量的影响

5.4 战斗机环控系统的起飞总重量的分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1文章工作总结

6.2研究工作展望

参考文献

致谢

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