飞机地面空调机组应用基础研究

摘要

目前民航客机在地面停机待飞时，使用飞机地面空调机组（PCA机组）代替飞机自身环境控制系统为舱内提供舒适环境。我国对于飞机地面空调机组的研究起步较晚，现阶段无论是国家标准还是生产厂商主要还都是借鉴和套用国外的选用模式，这也造成了国内在这一技术区域的空白。基于当前飞机地面空调机组的设计风量、出风温度等关键参数来源不明确且存在很大的优化空间前提下，本文将从PCA机组服务的飞机出发，通过研究飞机的负荷特性、机舱气流组织等情况，结合PCA机组自身优化运行特点，得到影响飞机地面空调机组设计的关键参数，以此提供给PCA生产厂商今后设计参考。 以使用广泛的波音737客机的主要参数为依据，深入研究结构传热、辐射换热和附加负荷方面有别于一般传统负荷计算的特点，其中对客机座舱壁面进行分块划分，然后分别划分为计算单元结构，采用数值计算获得客机的热载荷，同时考虑送风风机和风道温升负荷，确定PCA机组实际需求量。并以此为基础上，在飞机地面空调机组在出风温度-3℃～4℃范围内，计算获得在同一环境参数下，与国外飞机手册和国内航空行业标准不同的四种送风参数。 在Gambit软件进行建模，网格划分以及边界类型的设定，然后运用CFD(RNG k-ε模型)，模拟客机舱内强制通风和人体散热共同作用下，六种送风参数中舱内流动空气的速度场和温度场的分布情况，本文计算得出的送风参数完全可以满足人员舒适环境的要求，国外送风参数和国内行标送风参数均大于实际使用需求。 因为使用特殊性和严格性，PCA机组是一种全新风大风量高风压大焓差的制冷机组，一般要通过2-3级制冷才能达到需要的出风温度，为了使机组达到更好的运行能效，确定六种参数下各级处理的空气状态点，并分别针对两级压缩机制冷系统和三级压缩机制冷系统，对PCA机组在这六种送风参数下进行热力计算，比较其性能系数。 结果表明，国外飞机手册参数和国内行标参数的性能系数均低于本文提出的理想送风参数(送风温度4℃，送风量4366m3/h)，PCA机组以该参数送风，满足舱内人员舒适要求。与国内行标送风参数比较，送风温度提高了2℃，送风量减少了约25％;与国外飞机手册送风参数比较，送风温度提高了4℃，送风量减少了约3％，节能优势明显。同时，新型三级压缩机制冷系统在性能系数和制冷量上都优于目前普遍使用的两级压缩机制冷系统。研究成果可为我国飞机地面空调的设计研发和结构优化提供一定的参考依据。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1飞机地面空调选用的研究现状

1．2．2国内外座舱热载荷计算的研究现状

1．2．3国内外座舱内空气流场的研究现状

1．3本文主要工作

2客机地面停机待飞状态时热载荷与空调送风参数

2．1客机座舱热载荷计算

2．1．1边界条件的确定

2．1．2结构传热热载荷

2．1．4辐射热载荷

2．1．5附加热载荷

2．1．6 B737客机地面停机时的座舱热载荷

2．2飞机地面空调机组送风参数的确定

2．3本章小结

3飞机地面空调送风状态下座舱内空气流动数学模型建立

3．1物理模型

3．1．1座舱内的空气分配系统

3．1．2客舱数值建模

3．1．3网格划分

3．2座舱内空气流动的数值模拟

3．2．1计算模型的选择

3．2．2数学模型的建立

3．2．3边界条件及初始化设置

3．3本章小结

4座舱内空气流动模拟结果分析

4．1创建等值面

4．2不同送风参数下的结果分析

4．2．1国外手册送风参数下的结果分析

4．2．2国内行业标准送风参数下的结果分析

4．2．3设定送风参数下的结果分析

4．2．4不同送风参数下舱内环境对比分析

4．3本章小结

5飞机地面空调机组的性能对比分析

5．1飞机地面空调机组

5．1．1两级压缩机制冷的PCA系统

5．1．2三级压缩机制冷的PCA系统

5．1．3飞机地面空调机组制冷系统的热力计算

5．2不同送风参数下的两级压缩机制冷系统性能对比分析

5．2．1国外飞机手册送风参数下的PCA机组性能

5．2．2国内行标送风参数下的的PCA系统性能

5．2．3不同计算送风参数的的PCA机组性能

5．3不同送风参数下的三级压缩机制冷系统性能对比分析

5．3．1国外飞机手册送风参数下的PCA机组性能

5．3．2国内行标送风参数下的PCA机组性能

5．3．3不同计算送风参数下的PCA机组性能

5．4二级压缩机制冷系统与三级压缩机制冷系统的性能对比分析

5．5本章小结

6结论与展望

6．1结论

6．2展望

致谢

参考文献

附录