飛行器環(huán)境控制技術(shù)

1、飛行器環(huán)境控制技術(shù),飛行器環(huán)境控制技術(shù)又稱飛行器空調(diào)技術(shù)，是指在各種飛行條件下，使飛行器座艙（或設(shè)備艙）內(nèi)空氣的壓力、溫度、濕度、潔凈度及氣流速度等參數(shù)適合人體生理衛(wèi)生要求，保證乘員生命安全、舒適，滿足設(shè)備冷卻、增壓要求和設(shè)備正常工作的技術(shù)。,飛行器環(huán)境控制原理（熱力循環(huán)）,飛行器空氣調(diào)節(jié)組成部份,1、氣源分系統(tǒng)--用以保證座艙增壓、通風(fēng)的供氣源；2、加溫和制冷分系統(tǒng)--保證艙內(nèi)加溫和制冷，以使艙內(nèi)溫度獲得良好的調(diào)節(jié)；3、空氣分配分

2、系統(tǒng)--用以保證經(jīng)過調(diào)溫的通風(fēng)空氣均勻地輸入和分布于座艙內(nèi)，使艙內(nèi)產(chǎn)生合適的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，以獲得艙內(nèi)適宜的熱力環(huán)境條件；4、調(diào)節(jié)控制設(shè)備或分系統(tǒng)--用以保證艙內(nèi)壓力調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)以及供氣調(diào)節(jié)等的各種調(diào)節(jié)器或控制器，包括傳感器、放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等；5、安全輔助設(shè)備--用以保證系統(tǒng)可靠工作和防止系統(tǒng)與艙內(nèi)產(chǎn)生故障的各種設(shè)備和裝置；6、指示和訊號(hào)設(shè)備--用以顯示各種壓力、溫度、流量、高度等的指示儀表和設(shè)備。,飛機(jī)空氣調(diào)節(jié)歷史

3、,1944年美國(guó)在P-80戰(zhàn)斗機(jī)上首次采用了簡(jiǎn)單式空氣循環(huán)冷卻技術(shù)，利用風(fēng)扇產(chǎn)生的抽風(fēng)或引射作用冷卻熱交換器的冷邊。由氣源來的高溫、高壓空氣預(yù)冷后，通過渦輪膨脹作功降溫，供給座艙或電子設(shè)備艙。簡(jiǎn)單式空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、易安裝并能在地面停機(jī)狀態(tài)工作。但由于渦輪轉(zhuǎn)速和效率隨飛行高度有較大的變化，因此性能不能充分滿足低空和高空飛行要求。多用于早期的飛機(jī)上，如：F-101、F-105、F- 5E、B-52等。,飛機(jī)空氣調(diào)節(jié),開式空

4、氣循環(huán)冷卻技術(shù) 閉式空氣循環(huán)冷卻技術(shù) 閉式蒸發(fā)循環(huán)冷卻技術(shù),升壓開式空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng),1950年代末出現(xiàn)了升壓式空氣循環(huán)冷卻技術(shù)，利用渦輪輸出功驅(qū)動(dòng)同軸上的壓氣機(jī)以升高渦輪進(jìn)口空氣的壓力，使渦輪膨脹比增大，獲得較低的渦輪出口溫度。在相同的供氣條件下，升壓式比簡(jiǎn)單式制冷能力大，飛行高度變化時(shí)，升壓式渦輪冷卻器轉(zhuǎn)速變化小、工作平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)。升壓式空氣冷卻技術(shù)在早期的英、美飛機(jī)上被廣泛使用，如：F-14、 F-15、F-16等。,逆升

5、壓開式空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng),逆升壓式空氣循環(huán)冷卻技術(shù)與升壓式的流程相反。渦輪膨脹作功驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)不是用來升高渦輪進(jìn)口空氣壓力，而是用于降低渦輪出口空氣壓力，同樣可增大渦輪的膨脹比，提高制冷能力。此技術(shù)主要應(yīng)用于飛機(jī)外掛的導(dǎo)彈和電子設(shè)備吊艙的冷卻。,簡(jiǎn)單－升壓式冷卻系統(tǒng),1960年代出現(xiàn)了三輪式空氣循環(huán)冷卻技術(shù)，又稱簡(jiǎn)單-升壓式。它利用空氣在渦輪中膨脹作功驅(qū)動(dòng)同軸壓氣機(jī)與風(fēng)扇進(jìn)行制冷。由氣源來的高溫高壓空氣在初級(jí)熱交換器中預(yù)冷后進(jìn)入壓氣機(jī)升壓

6、、升溫，再經(jīng)次級(jí)熱交換器冷卻后進(jìn)入渦輪膨脹作功，并進(jìn)一步降溫，最后供座艙或電子設(shè)備艙使用。它綜合了簡(jiǎn)單式和升壓式的優(yōu)點(diǎn)，所需的供氣壓力低、功率小、渦輪功率大部分為壓氣機(jī)吸收，充分利用能量，解決地面停機(jī)狀態(tài)下的座艙制冷問題。三輪式空氣循環(huán)冷卻技術(shù)多用于大型民用飛機(jī)，如：A-300、DC-10等。,開式空氣冷卻系統(tǒng)除濕,1960年代出現(xiàn)了低壓除水空氣循環(huán)冷卻技術(shù)。利用在渦輪冷卻器出口（低壓處）安裝一個(gè)水分離器的方法進(jìn)行除水。低壓除水空氣循環(huán)

7、冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格便宜，在1970年代飛機(jī)上廣泛采用這種技術(shù)。低壓除水技術(shù)的效率低、降低了制冷能力，被1970年代發(fā)展起來的高壓除水技術(shù)取代。高壓除水就是指除水發(fā)生在渦輪進(jìn)口的高壓處。氣源的高溫高壓空氣經(jīng)過初級(jí)熱交換器預(yù)冷后，經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，進(jìn)入次級(jí)熱交換器降溫，再流入冷凝器熱邊，利用渦輪出口的冷空氣再次降溫。,閉式空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng),閉式空氣循環(huán)冷卻技術(shù)與開式非常相似，可分為發(fā)動(dòng)機(jī)高溫高壓引氣驅(qū)動(dòng)的三輪動(dòng)力渦輪、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和發(fā)

8、動(dòng)機(jī)齒輪箱驅(qū)動(dòng)等 。發(fā)動(dòng)機(jī)高壓引氣驅(qū)動(dòng)的三輪動(dòng)力渦輪的閉式循環(huán)較其它兩種驅(qū)動(dòng)形式在設(shè)計(jì)上對(duì)飛機(jī)性能代償損失最大，但它的重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，可靠性高。核心部件是動(dòng)力渦輪/壓氣機(jī)/制冷渦輪的三輪裝置，改變動(dòng)力渦輪的噴嘴開度或使用進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)器都可以方便地調(diào)節(jié)制冷量。,F－22戰(zhàn)斗機(jī)的空調(diào)系統(tǒng),空調(diào)系統(tǒng)為開式空氣/閉式蒸發(fā)循環(huán)混合冷卻技術(shù)，整個(gè)環(huán)境控制系統(tǒng)的制冷能力可達(dá)60kW。,1、空氣循環(huán)利用了高壓和低壓兩級(jí)分水的兩輪升壓開式空氣循

9、環(huán)冷卻技術(shù)，次級(jí)換熱器用冷卻液作為熱沉。2、蒸發(fā)循環(huán)利用兩級(jí)蒸汽壓縮技術(shù)。制冷劑的冷凝器是用第一個(gè)回路中的冷卻液作熱沉，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收電子雷達(dá)設(shè)備冷卻液循環(huán)中的冷卻液的熱量。3、冷卻液作為載冷體分為兩路獨(dú)立循環(huán)，一路作為次級(jí)熱交換器和制冷劑冷凝器的熱沉，另一路冷卻雷達(dá)電子設(shè)備。4、燃油循環(huán)中燃油作為熱沉吸收冷卻液、液壓油和發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的熱量后，一部分去發(fā)動(dòng)機(jī)，另一部分經(jīng)沖壓空氣散熱后回到油箱。,空天飛行器的空調(diào)系統(tǒng),超高速（

10、Ma≧5）飛行技術(shù)將深刻影響未來戰(zhàn)爭(zhēng)。戰(zhàn)場(chǎng)空間更加廣闊：超高速偵察機(jī)對(duì)幾百公里或上千公里外的目標(biāo)實(shí)施偵察，最多只需10多分鐘；超高速轟炸機(jī)可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)施大范圍轟炸；超高速導(dǎo)彈能對(duì)敵較遠(yuǎn)縱深內(nèi)的加固或地下目標(biāo)實(shí)施精確打擊；空天飛機(jī)既能作為航空兵參加空地聯(lián)合作戰(zhàn)，又能加入天軍行列，征戰(zhàn)太空。突防能力更加強(qiáng)大：超高速飛行器的飛行速度將使得防空系統(tǒng)的攔截概率因反應(yīng)時(shí)間太短而大幅度下降，具有較高的突防成功率，因而可有效地制約預(yù)警和武器系統(tǒng)整

11、體功能的發(fā)揮。當(dāng)巡航導(dǎo)彈以Ma=4的速度在24km以上的高空高速飛行時(shí)，俄羅斯最先進(jìn)的SA－10和SA－12防空導(dǎo)彈的攔截概率為0.3，當(dāng)速度升至Ma=6時(shí)，攔截概率只有0.01。精確作戰(zhàn)效能更高：超高速動(dòng)能武器不僅通過熱輻射和沖擊波造成毀傷，而且依靠直接命中來破壞目標(biāo)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，精確打擊時(shí)附帶的損傷比常規(guī)精確制導(dǎo)武器要小得多，超高速炮彈只有1.5kg就能使一座橋梁解體。,國(guó)外的空天飛行器研究計(jì)劃,目前在高超聲速飛行器方面的研究主要有

12、美國(guó)的 Hyper－X 計(jì)劃、法國(guó)PREPHA計(jì)劃、德國(guó)的高超聲速導(dǎo)彈計(jì)劃（簡(jiǎn)稱HFK技術(shù)計(jì)劃）、俄羅斯高超聲速技術(shù)飛行試驗(yàn)計(jì)劃【“冷”（Холод）計(jì)劃、“鷹”(Орел)計(jì)劃、“彩虹－D2”(Радуга－д2)和“鷹－31”（Орел－31）等4個(gè)飛行試驗(yàn)計(jì)劃】、日本的高超聲速運(yùn)輸機(jī)研究計(jì)劃、印度的先進(jìn)吸氣式跨大氣層研究（AVATAR計(jì)劃）等。,美國(guó)波音公司的X－43A,美國(guó)波音公司發(fā)展的超高速飛行器X－43A，飛行速度約10倍音

13、速，到目前已經(jīng)做過了7次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)都是10秒左右的短時(shí)間飛行，其主要目的是驗(yàn)證超燃發(fā)動(dòng)機(jī)，短時(shí)高速飛行由于飛行加熱時(shí)間很短，飛行器體表的總加熱量較小，X－43A的鼻錐使用了鎢合金材料，機(jī)身大量采用碳－碳復(fù)合材料，使用低溫氫燃料冷卻飛行器體表。在2004年11月16日X－43A Ma=9.8的自由飛行中，這次飛行更高的速度產(chǎn)生的氣流滯止溫度大約為3038℃，飛行器鼻錐表面溫度達(dá)到1982℃，加熱速率提高到了2004年3月27日的飛行的

14、2倍，那次飛行機(jī)翼前緣產(chǎn)生了1427℃的最高溫度。,美國(guó)波音公司的X－43A,美國(guó)的常規(guī)彈頭洲際導(dǎo)彈計(jì)劃,2006年5月29日，《紐約時(shí)報(bào)》披露，美軍為了對(duì)全球敵手實(shí)施先發(fā)制人打擊，五角大樓正在敦促國(guó)會(huì)批準(zhǔn)部署一種新型非核洲際彈道導(dǎo)彈，以便在發(fā)現(xiàn)敵方目標(biāo)一個(gè)小時(shí)之內(nèi)實(shí)施快速遠(yuǎn)程打擊。美國(guó)的戰(zhàn)略核力量又被稱為三位一體的核力量,主要由導(dǎo)彈核潛艇發(fā)射的彈道導(dǎo)彈、轟炸機(jī)發(fā)射的巡航導(dǎo)彈、以及陸基洲際彈道導(dǎo)彈三部分組成。按照五角大樓的計(jì)劃，美國(guó)將5