客机墙体水分积聚规律的探究

摘要

现代商用飞机的飞行环境非常复杂。当飞机在高空巡航时，舱外环境温度很低，客机墙体保温层两侧存在较大温差，因而形成较大的水蒸气分压力差，推动着水蒸气由舱内向蒙皮内壁面迁移。随着舱内相对湿度和露点温度的变化，水蒸气可能在保温层及内壁面凝结。这些凝结的水分不仅影响保温层的保温性能，而且还可能滋生霉菌，对材料和机体造成腐蚀，还影响舱内空气品质。水蒸气在飞机墙体内凝结是典型的热质耦合过程，伴随飞行过程而发生的客舱气压变化使得墙体内部传热传质过程更加复杂。因此，研究客机墙体水分积聚规律，分析影响凝结水量的各种因素，探寻控制水分凝聚的方法是十分必要的。
　　本文建造了缩小尺寸的客舱模型，在气候箱内模拟飞行过程中的舱内环境及墙体热湿传递过程，揭示客机墙体内的水分积聚规律。客舱模型由壳体、保温层、装饰称层、热湿调控系统、通风系统及附属部件组成。壳体的内壁面覆盖一定厚度的保温层，用来抵御模拟飞行过程中舱内热量损失。模型舱内部的甲板上布置有加热器、加湿器和混合风扇，用以调控舱内温湿度，并且使舱内空气混合均匀。模型舱上端布置两条对称的条缝风口，外部空气从条缝风口进入，舱内空气通过模型下端的排风扇排出舱外。客机模型舱外的环境由气候箱的程序控制，模型舱内的环境由独立的温度、相对湿度自动控制系统控制。实验时，采用温湿度测试仪、铂电阻监测模型舱内外环境参数变化。应用精密天平称量保温层的质量变化，以推断墙体内的水分积聚状况。并将标准工况下模型舱墙体的凝结水量比拟到客机上。为揭示影响飞机墙体内水分积聚的关键参数，采用控制变量法，依次比较舱外环境参数（典型季节和巡航高度）、舱内环境参数（压力、温度及相对湿度）及客机墙体材质因素（蒙皮材料和保温棉的封装状况）等参数对水分积聚量的影响。
　　研究结果表明，当除去包裹保温层的薄膜后，墙体的水分积聚量成倍增加。比拟计算得到B737系列飞机单次中途（飞行时间：5 h，巡航高度：10 km，舱内温度：25℃，相对湿度：20%，压强：80 kPa）飞行后，墙体水分积聚量最多可达14 kg。对比舱内外环境参数可知，巡航高度和舱内相对湿度是影响客机墙体水分积聚的关键因素，而典型季节、舱内温度及气压对客机墙体的水分积聚量影响较小。巡航高度增加或舱内相对湿度提高都会导致客机保温层两侧的水蒸气分压力差大幅增加，造成更多的水蒸气凝结积聚。此外，蒙皮材料导热系数越大、保温层破损越严重，都会导致更多的水蒸气凝结。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

2 客机模型舱实验系统设计

2.1 实验台设计

2.2 实验模型舱介绍

2.3 实验测试仪器及测试步骤

2.4 本章小结

3 客机模型舱墙体的水分积聚量测试及应用

3.1 客机模型舱水分积聚量的测试

3.3 B737系列客机水分积聚量的估算

3.4 本章小结

4 客机墙体水分积聚量的影响因素分析

4.1 舱外环境对水分积聚量的影响

4.2 舱内环境对水分积聚量的影响

4.3 客机墙体材质对水分积聚量的影响

4.4 本章小结

5 客机保温层覆盖薄膜的水蒸气渗透性研究

5.1 薄膜表面形貌检测

5.2 薄膜孔径测试

5.3 薄膜水蒸气渗透测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录A 主要符号表

附录B 参数图表

附录C 五组重复数据的质量增加量详表

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢