Проектирование системы кондиционирования воздуха среднемагистрального пассажирского самолета

1. Техническое задание на разработку системы кондиционирования воздуха среднемагистрального пассажирского самолета Ту-204

2. Выбор и обоснование принципиальной схемы системы кондиционирования

3. Тепло-влажностный расчет системы кондиционирования воздуха

4. Расчет трубопроводов системы кондиционирования

5. Приращение взлетной массы самолета при установке на нем данной СКВ

6. Сравнение альтернативной СКВ по приращению взлетной массы

7. Область применения проектируемой СКВ

Заключение

Список литературы

Введение

С развитием авиации развивалась и система кондиционирования воздуха (СКВ). С ростом высоты, скорости и времени полета появились гермокабины (КБ), подсистема кислородного питания, охлаждение ГК и БРЭО. Основной целью СКВ является создать на борту самолета условия для жизнедеятельности человека в полете: поддержание заданного давления, температуры и влагосодержания воздуха, очищение воздуха от вредных примесей и охлаждение БРЭО.

Кондиционированием воздуха называют автоматическое поддержание в кабинах ЛА параметров воздуха (температуры, давления, относительной влажности, чистоты и скорости движения) на определенном уровне с целью создания комфортных условий для экипажа и пассажиров в полете и на земле и обеспечения необходимых режимов работы охлаждаемого бортового оборудования.

Основные требования норм летной годности самолетов к работе СКВ и ее подсистем сводятся к следующим:

- СКВ должна обеспечивать заданные значения давления, влажности и газового состава воздуха в кабине на всех режимах полета и на земле независимо от внешних климатических условий. Функционирование СКВ в кабине не должно зависеть от работы других систем, использующих общие с ней источники сжатого воздуха.

- Наддув кабины должен осуществляться двумя или более источниками сжатого воздуха. При этом СКВ должна состоять не менее чем из двух независимых подсистем, поддерживающих в полете нормальные температурные условия в кабинах при выходе из строя одной из них.

- Температура воздуха в кабине и в отсеках должна задаваться и управляться независимо.

- Должна предусматриваться возможность обогрева и охлаждения кабин на земле без запуска двигателей с помощью бортовых и наземных устройств.

- На самолетах с продолжительностью полета больше двух часов необходимо предусматривать систему увлажнения для поддержания относительной влажности в кабине не менее 25%.

Целью данной работы является разработка системы кондиционирования воздуха среднемагистрального пассажирского самолета Ту-204 с помощью тепловлажностного расчета, т.е. определение таких параметров агрегатов СКВ, при которых температура и относительная влажность воздуха в кабине самолета находились бы в заданных пределах.

Расчет СКВ производиться приближенным методом на двух режимах работы СКВ: при стоянке самолета и в режиме крейсерского полета. Эти два режима являются предельными и любое изменение внешних параметров влияющих на работу СКВ ограничено ими. Внутренние параметры проектируемой СКВ определяются техническим заданием на ее разработку.

Помимо этого, в данной работе, производится расчет приращения взлетной массы самолета, вызванного установкой на нем данной СКВ, приближенный расчет трубопроводов системы кондиционирования и предлагаемая схема компоновки агрегатов и элементов СКВ на самолете.

1.Наименование и условное обозначение разработки.

1.1.Наименование тАУ система кондиционирования воздуха пассажирского самолета Ту-204.

1.2.Условное обозначение тАУ СКВ.

2.Основанием для разработки является выбранный прототип самолета. При этом считается известным все, кроме схемы, конструкции и характеристик системы кондиционирования.

3.Цель разработки и назначение системы.

3.1.Целью разработки является создание системы кондиционирования воздуха для самолета Ту-204 с минимальной собственной массой и минимальными затратами топлива на работу системы.

3.2.Система предназначена:

- для создания и поддержания в кабинах самолета комфортный условий в соответствии с требованиями ЕНЛГС во всех ожидаемых условиях его эксплуатации;

- Вадля подачи сжатого воздуха при запуске двигателей самолета от наземной и бортовой силовых установок, а также от собственных работающих двигателей;

- для обогрева в полете бортовой вспомогательной силовой установки и агрегатов заправки и слива системы водоснабжения;

- Вадля наземного кондиционирования кабин самолета.

3.3.Система является съемным оборудованием.

4.Тактико-технические требования.

4.1.Состав системы.

4.1.1.Состав СКВ устанавливается согласно принципиальной схеме.

4.1.2. Постановка системы на самолет производиться поагрегатно.

4.2.Технические характеристики самолета Ту-204.

4.2.1.Состав экипажа (2 пилота, бортинженер, 4 бортпроводник).

4.2.2.Количество пассажиров (214 человек)

4.2.3.Объем кабины тАУ 330 мi.

4.2.4.Диапазон высот полета тАУ 0тАж12 км.

4.2.5.Диапазон высот крейсерского полета тАУ 11тАж12 км.

4.2.6.Крейсерская скорость полета тАУ 850 км/ч.

4.2.7.Скорость захода на посадку тАУ 250тАж260 км/ч.

4.2.8.Практическая дальность полета тАУ 3000 км.

4.2.9.Максимальный рабочий перепад давлений в кабине тАУ 0,009 кПа.

4.2.10.Ожидаемые условия эксплуатации:

ВаВаВаВаВаВаВаВа Давление и температура по ГОСТ 4401-81 (стандартная атмосфера).

ВаВаВаВаВаВаВаВа Отклонения от среднего значения:

- температура по линии минимума для арктических условий и по линии максимума для тропических условий.

- Температура у земли от -60iС до +50iС

- Относительная влажность воздуха при температурах у замли тАУ50тАж45iС до 90тАж100iС

4.2.11.Отбор воздуха для нужд СКВ производится:

- на стоянке (до запуска двигателей) тАУ от вспомогательной силовой установки;

- после запуска двигателей в течение всего полета и до выключения двигателей тАУ от компрессоров основных двигателей.

4.3.Технические характеристики СКВ:

4.3.1.СКВ в ожидаемых условиях эксплуатации должна соответствовать требованиям ЕНЛГС.

4.3.2.Каждая подсистема отбора воздуха от двигателя должна выполнять следующие функции:

- поддерживать постоянный расход воздух;

Допускается уменьшение расхода воздуха на режиме работы двигателей Влмалый газВ», а также на высотах полета более 12 км.

Регуляторы расхода в каждой подсистеме должны быть продублированы.

- ограничивать избыточное давление в системе на уровне 600 кПа;

- поддерживать температуру на выходе из подсистемы 150тАж200iС и не допускать ее повышения более 250iС при отказе регулятора температуры. Включение и выключение отбора воздуха от двигателя по линии кабинного воздуха должно производиться двумя независимыми устройствами. Должно быть обеспечено экстренное отключение отбора воздуха за время не более 10 секунд.

4.3.3.Блоки окончательного охлаждения воздуха (турбохолодильные установки) должны выполнять следующие функции:

- поддерживать постоянный расход воздуха, поступающего в кабину от вспомогательной силовой установки в наземных условиях.

- в расчетных условиях автоматически поддерживать температуру воздуха на выходе из установок на уровнях:

- плюс 5В±2iС в холодной линии в режиме полного отбора воздуха от двигателей на земле и на всех высотах полета;

- минус 5В±2iС в холодной линии на высотах полета 9 км в режиме экономического отбора воздуха от двигателей.

4.3.4.Значение параметров, указанные в п.4.3.2 и 4.3.3 должны поддерживаться в установившихся режимах работы системы. В переходных (неустановившихся) режимах (при изменении режимов работы двигателей, включение и отключение и т.д.) допускаются следующие отклонения вышеуказанных параметров:

- по расходу на 20%

- по давлению на 20%

- по температуре на 15%

4.3.5.В системе должна быть предусмотрена рециркуляция кабинного воздуха в количестве 3040 кг/ч, при этом требуется:

- обеспечить выполнение требований TYKUC к чистоте воздуха, подаваемого в кабину;

- исключить подачу рециркуляционного воздуха в кабину экипажа;

- обеспечить поддержание в кабинах самолета комфортной температуры. Допускается использование рециркуляции только на режиме крейсерского полета.

4.3.6.Начальная подача воздуха в кабину самолета 4000 кг/ч. Распределение воздуха по потребителям устанавливается принципиальной схемой системы.

4.3.7.Увлажнительная система кабины экипажа использует воду из объединенной водяной системы самолета. Работа увлажнительной системы предусматривается только на режиме крейсерского полета.

4.3.8.Работа системы после включения отбора воздуха от двигателей или силовой вспомогательной установки должна быть полностью автоматизирована.

4.3.9.Время непрерывной работы системы до 12 часов.

4.3.10.Суммарная масса готовых изделий СКВ тАУ не более 1000 кг.

2. Выбор и обоснование принципиальной схемы системы кондиционирования

Система кондиционирования воздуха предназначена для выполнения следующих функций:

- обеспечения нормальных условий жизнедеятельности пассажиров и экипажа в полете и на земле;

- охлаждения бортовой радиоэлектронной аппаратуры.

СКВ самолета Ту-204 состоит из двух подсистем, каждая их которых включает в себя:

- систему отбора воздуха от двигателей самолета или от вспомогательной силовой установки;

- систему охлаждения воздуха и его влажностной обработки;

- систему подачи и распределения воздуха в кабине самолета;

- систему контроля и управления.

2.1 Система отбора воздуха от двигателей

Отбор воздуха производиться от ступеней компрессора двигателей. Система отбора воздуха состоит из:

- узла отбора воздуха от двигателя;

- регулятора давления, который обеспечивает требуемое давление на входе в систему охлаждения;

- теплообменного аппарата, обеспечивающего температуру на выходе из системы отбора не более 200 С.

2.2 Система охлаждения воздуха

По рекомендациям из методических указаний, для данного типа самолета, выбираем двухступенчатую двухтурбинную СКВ с влагоотделением в линии высокого давления и регенерацией теплоты на входе в турбину турбохолодильника (рис. 1)

Преимущество этой схемы СКВ перед схемами с влагоотделением в линии низкого давления заключается в более высокой степени осушки охлаждаемого воздуха. Применение второй ступени промежуточного сжатия охлаждаемого воздуха позволяет повысить экономичность и тепловую эффективность СКВ, а подогрев воздуха перед турбиной тАУ увеличить ресурс работы турбохолодильника.

Воздух из системы отбора подается в систему охлаждения через регулятор расхода. Сначала воздух охлаждается в предварительном теплообменнике АТ1 до некоторой температуры ( определена в п.3), затем поступает в компрессор КМ турбохолодильной установки ТХ. После компрессора воздух поступает в ВлпетлюВ» отделения влаги перед турбиной Т, которая образована регенеративным теплообменником АТ3, для испарения конденсата, и конденсатором АТ4 для конденсации влаги. Охлаждение воздуха в конденсаторе до необходимой температуры производится воздухом, выходящем из турбины. Водный конденсат отделяется во влагоотделителе ВД и впрыскивается в магистраль продувки основного теплообменника и далее в атмосферу. От установок охлаждения левого и правого борта воздух поступает в единый коллектор холодного воздуха, а оттуда тАУ в кабину.

Рис.1. Двухступенчатая система охлаждения с влагоотделением высокого давления.

кондиционирование воздух самолет

2.3 Система распределения и подачи воздуха

Система распределения и подачи предназначена для подготовки воздушной смеси с необходимыми параметрами, ее подачу в кабину и распределения в салонах, кабине экипажа и бытовых помещениях самолета. Система включает в себя:

- коллектор холодного воздуха;

- коллектор горячего воздуха;

- датчики температуры и давления воздуха в кабине;

- устройства распределения воздуха в салонах, кабине экипажа и бытовых помещениях.

Регулирование температуры воздуха в кабине производиться подмешиванием горячего воздуха в воздух из системы охлаждения.

Часть воздуха из пассажирских салонов с помощью электровентиляторов через фильтры подается в эжекторы, в которых происходит смешивание свежего и использованного воздуха и его подачи в коллектор холодного воздуха. Эжекторы выполнены так, что воздух после них может поступать: смешанный тАУ в салоны, а свежий тАУ в кабину экипажа.

3. Тепло-влажностный расчет системы кондиционирования воздуха

Рис.2. Расчетная сема двухступенчатой системы охлаждения с влагоотделением высокого давления.

3.1 Расчет системы кондиционирования при стоянке самолета

- Расход воздуха в одной подсистеме СКВ:

,ВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВа (3.1)

где: Gn тАУ расход воздуха, подаваемый системой отбора в установку охлаждения, n -число подсистем СКВ.

Gn= 6594 кг/ч;

n=2

Gn1= 3297 кг/ч

- Для данного расхода воздуха из справочных данных выбираем стандартный тубохолодильник с номинальным давлением на входе Рmx вх, которое является требуемым давлением в точке 10 расчетной схемы (рис.2):

Р10mp=350000 Па.

- Требуемое давление за промежуточным компрессором:

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.2)

Где: Ва-потери давления в основной линии от выхода компрессора до входа в турбину.

Р4mp=389000 Па.

- Требуемое давление в точке отбора воздуха от компрессора двигателя:

ВаВа (3.3)

Где: Ва- аэродинамическое сопротивление теплообменника системы отбора ВВТО и первичного теплообменника ВВТ1, =1,345 тАУ степень сжатия в компрессоре турбохолидильника.

- Давление торможения:

ВаВаВаВаВаВаВаВа (3.4)

где: Рн=101325 Па тАУ атмосферное давление по МСА на высоте Н=0 м; Мн=0 тАУ число Маха полета самолета

- Давление воздуха на входе в компрессор двигателя:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.5)

где: =0,97 тАУ коэффициент потерь полного давления в дозвуковом воздухозаборнике:

Рвх= 98285.25 Па

- Требуемая степень сжатия воздуха в компрессоре двигателя:

ВаВаВаВаВа (3.6)

- Требуемое число ступеней компрессора двигателя:

ВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВа (3.7)

где: =1,31 тАУ степень сжатия одной ступени компрессора.

ncт= 4.822, принимаем nст=4

- Температура торможения:

ВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВа (3.8)

где: Тн=311К тАУ температура окружающего воздуха по МСА, при Н=0 м.

Т*=Тн

- Температура воздуха за компрессором двигателя в точке отбора:

ВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВа (3.9)

где: =0,84 тАУ КПД компрессора

Т0= 491.152 К.

- Температура воздуха на входе из системы отбора:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.10)

Где: Тпр=Т* тАУ температура продувочного воздуха на входе в теплообменник; =0,5 тАУ тепловая эффективность воздухо-вохдушного теплообменника ВВТО.

Т1= 401.076 К.

- Температура воздуха на выходе из первичного теплообменника :

Т3=Т1- ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.11)

Где: Т2=Т* тАУ температура продувочного воздуха на входе в теплообменник; =0,6 тАУ тепловая эффективность воздухо-воздушного теплообменника

Т3= 347.03 К

- Давление воздуха за турбиной:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.12)

где: Рк= 109325 Па тАУ давление воздуха в кабине самолета; Р11-12=5000 Па тАУ аэродинамическое сопротивление конденсатора по холодной линии; РВРС=5000 Па тАУ аэродинамическое сопротивление воздухораспределительной сети

Р11= 109325 Па

- Степень расширения воздуха в турбине:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.13)

- Температура воздуха за компрессором турбохолодильника:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.14)

где: =0,69 тАУ КПД компрессора турбохолодильника,

= 1.2

Т4= 373.952 К

- Температура горячего воздуха на входе в конденсатор:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.15)

где: Т6=Т* тАУ температура продувочного воздуха на входе в теплообменник; =0.5 тАУ тепловая эффективность воздухо-воздушного ВВТ2 на данном режиме работы СКВ; =0,38 тАУ тепловая эффективность регенератора;Т9= 299.16 К тАУ предварительно заданное значение температуры воздуха перед теплообменником регенератором.

Т7= 326.016 К

- Температура воздуха на выходе из основного теплообменника:

, ВаВаВаВаВа Т5= 315.62 К ВаВаВаВа (3.16)

- Температура воздуха перед турбиной:

ВаТ10=Т9пр-(Т5-Т7),ВаВаВаВа Т10= 315.62 К ВаВа (3.17)

- Расчет системы кондиционирования на данном режиме работы производится при максимальном влагосодержании наружного воздуха:

- Давление воздуха в горячей линии перед выходом в конденсатор:

где: - падение давления на участке схемы от выхода промежуточного компрессора до входа в конденсатор по горячей линии:

Р7= 373300 Па.

- Содержание капельной влаги в воздухе на входе в конденсатор:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.19)

- Давление воздуха перед влагоотделителем:

P8=P7-Pкд ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.20)

где: =5000Па тАУ аэродинамическое сопротивление конденсатора по горячей линии.

Р8= 368333.33 Па.

- Количество капельной влаги перед влагоотделителем:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.21)

где: Рн8= 2762 Па тАУ давление насыщения водяных паров при температуре Т8=Т9

- Влагосодержание воздуха за влагоотделителем:

где: Ва- коэффициент влагоотделения влагоотдлелителя высокого давления.

- Расход воды высаждаемый во влагоотделителе:

ВаВаВаВаВаВаВаВа Gвд= 41.431 кг/ч ВаВаВаВаВаВаВаВа (3.23)

- Температура влажного воздуха за турбиной находится уз уравнения баланса энтальпий влажного воздуха за турбиной :

r(d10-dн11)=ср(Т11вл-Т11) ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.24)

где: r=2500000 Дж/кг тАУ теплота парообразования воды; Ср=1005 Дж/кгК тАУ изобарная теплоемкость воздуха;d10 = d 9

- Температура сухого воздуха Т11 на выходе из турбины:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.25)

где: = 0.5 тАУ КПД турбины на данном режиме работы системы .

- Влагосодержание насыщенного воздуха за турбиной:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.26)

где: Рн11- давление насыщения водяных паров при температуре Т11вп

Решая совместно уравнения (3.24 тАУ 3.26) методом итераций получаем:

Т11вл= 276.549 К,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

- Температура воздуха в горячей линии на выходе из конденсатора:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.27)

где: Ва- тепловая эффективность конденсатора.

Т8= 313.649 К

ВаВаВаВа (3.28)

- Температура воздуха на входе в воздухораспределительную (на стоянке рециркуляция кабинного воздуха отсутствует, т.е. Т13=0) сеть находится из решения уравнения баланса энтальпий потоков холодного и горячего воздуха в конденсаторе:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.29)

- Влагосодержание насыщенного воздуха на входе в воздухораспределительную сеть:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.30)

где: Рн12- давление насыщения водяных паров при температура Т12; Р12=Рк+Рврс, Р12= 106300 Па

Решая совместно уравнения (3.28 и 3.29) методом итераций получим:

Т12= 283.314 К или tскв= 5.912 оС

- Увеличение влагосодержания воздуха в кабине за счет влаговыделения пассажирами и экипажем:

кондиционирование воздух самолет взлетный

где: nнэ=220 чел. тАУ количество пассажиров и членов экипажа на борту самолета; gл- влаговыделение одного человека при кабинной температуре tк=20С; Gскв тАУ общий расход воздуха, подаваемый системой кондиционирования в кабину.

- Относительная влажность воздуха в кабине самолета:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.32)

где: d12=d9 тАУ влагосодержание воздуха поступающего в кабину из СКВ; Рнк=2339 Па

тАУ давление насыщения воздуха при кабинной температура tк=20С.

В соответствии с требованиями ЕНЛГС относительная влажность воздуха в кабине самолета должна быть в пределах 25тАж60% на всех режимах полета. Расчетной относительная влажность удовлетворяет этим требованиям и является оптимальной.

3.2 Расчет системы кондиционирования на режиме крейсерского полета

На режиме крейсерского полета в самолете работает система рециркуляции кабинного воздуха и система увлажнения воздуха подаваемого в кабину экипажа.

- Расход воздуха в одной подсистеме СКВ определяется по формуле (3.1)

Gn= 3297 кг/ч

- Требуемое давление в точке 10 расчетной схемы ( рис.2) принимаем таким же, как и в п.3.1: Р10mp=350000 Па

- Требуемое давление за промежуточным компрессором определяется по формуле (3.2): Р4mp=389000 Па.

- Требуемое давление в точке отбора воздуха от компрессора двигателя определяется по формуле (3.3):

- Давление торможения определяется по формуле (3.4) при Рн=19391 Па и Мн=0,8 (для высоты полета Н=12000 м и скорости полета М=850 км/ч):

Р*=29560 Па.

- Давление воздуха на входе в компрессор двигателя определяется по формуле (3.5) при соответствующем значении давления торможения Р*:

Рвх=28670 Па

- Требуемая степень сжатия воздуха в компрессоре двигателя определяется по формуле (3.6) при соответствующих значениях параметров:

=12.605

- Требуемое число ступеней компрессора двигателя определяется по формуле (3.7):

nст= 9.385, принимаем nст=10

- Температура торможения определяется по формуле (3.8) при Тн=231К (МСА, Н=12000 м):

Т*= 260.568 К

- Температура воздуха за компрессором двигателя в точке отбора по формуле (3.9):

Т0= 549.665 К

- Температура воздуха на выходе из системы отбора определяется по формуле (3.10) при соответствующих значениях параметров:

Т1=356.368 К

- Температура воздуха на выходе из первичного теплообменника определяется по формуле (3.11) при соответствующих значениях параметров:

Т3= 405.116 К

- Давление воздуха за турбиной определяется по формуле (3.12) при Рк=75391 Па (в соответствии с законом регулирования давления в кабине):

Р11= 85390 Па

- Степень расширения воздуха в турбине определяется по формуле (3.13) при соответствующих значениях параметров:

=4,099

- Температура воздуха за компрессором турбохолодильника определяется по формуле (3.14) при соответствующих значениях параметров:

Т4= 343.087 К

- Температура горячего воздуха на входе в конденсатор определяется по формуле (3.15) при =0 ( на высоте крейсерского полета основной теплообменник отключен) и Т9= 311.73 К:

Т7= 285.089 К

- Температура воздуха на выходе из основного теплообменника :

Т5=Т4, Т5= 301.827 К

- Температура воздуха перед турбиной определяется по формуле (3.17) при соответствующих значениях параметров:

Т10= 307.967 К

- Расчет системы кондиционирования на высоте крейсерского полета производится при сухом наружном воздухе (dн=0), т.е. влагоотделитель не работает.

- Температура воздуха на выходе из турбины определяется по формуле (3.25) при =0,5 ( на высоте крейсерского полета включена обводная линия турбины) и соответствующих значениях параметров:

Т11= 256.845 К

- Температура воздуха в горячей линии на выходе из конденсатора определяется по формуле (3.27) при Т11вл=Т11 и соответствующих значениях параметров:

Т8= 293.404 К

- Температура воздуха на входе в воздухораспределительную сеть ( без учета рециркуляции кабинного воздуха и увлажнения воздуха в кабине экипажа):

Т12=Т11+(Т7-Т8)ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВа (3.34)

Т12= 269.032 К или tскв= -3.968 С

Полученная на выходе из установки охлаждения температура tскв является допустимой для данного режима полета, что оговорено в техническом задании (п.4.3.4,в).

Далее посмотрим обеспечивает ли расчетная температура tскв заданный температурный режим в кабине самолета.

Для этого произведем расчет раздельного регулирования воздуха в кабине самолета.

- Уравнение теплового баланса для воздуха подаваемого на охлаждение размещенного в кабине самолета оборудования :

Gобtоб=Gобгtг+GобхtxВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВа (3.35)

Где: Gоб=Gобг+Gобх тАУ суммарный расход воздуха, подаваемый на охлаждение размещенного на борту оборудования, определяемый по тепловыделениям оборудования, Gоб=45 кг/ч; Gобг, Gобх тАУ расходы соответственно горячего и холодного воздуха, подаваемого на охлаждение кабинного оборудования; tоб=5 оС тАУ температура воздуха, необходимая для охлаждения оборудования; tг=80 оC, tx=tскв тАУ температура воздуха в горячей и холодной линии соответственно.

- Уравнение теплового баланса для воздуха подаваемого в пассажирские салоны:

Gпсtk=Gпсгt2+Gпсхtx+GptpВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВа (3.36)

Где: Gпс=Gпсг+Gпсх+Gp тАУ суммарный расход воздуха, подаваемый в пассажирские салоны, определяемый из условия потребности пассажиров и теплового расчета кабины самолета, Gпс=6600 кг/ч; Gпсг, Gпсх, Gp тАУ расходы соответственно горячего, холодного и рециркуляционного воздуха, подаваемого в пассажирские салоны, Gp=0,46Gпс; t2=80 C, tx=tскв, tp=32 оC тАУ температура воздуха в горячий, холодный и рециркуляционной линиях соответственно; tк=20 оС тАУ заданная температура воздуха в пассажирских салонах (и кабине экипажа).

- Уравнение теплового баланса для воздуха подаваемого в кабину экипажа:

Gкэкtк=Gкэкitг+Gкэкхtx+GувлtувлВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВа (3.37)

Где: Gкэк=Gкэкг+Gкэкх+Gувл тАУ суммарный расход воздуха, подаваемый в кабину экипажа, определяемый из условия потребности членов экипажа и теплового расчета кабины самолета, Gкэк=120 кг/ч; Gкэкг, Gкэкх, Gувл тАУ расходы соответсвенно горячего, холодного и увляжняющего воздуха, подаваемого в кабину экипажа, Gувл=0,12Gкэкх; tг=80 С, tx=tскв, tувл=45 оС тАУ температура воздуха в горячей и холодной, увлажнительной линиях.

- Суммарный расход воздуха в горячей и холодной линиях:

Gг=Gкэкг+Gпсг+Gобг

Gx=Gкэкх+Gпсх+GобхВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВа (3.38)

- Суммарный расход воздуха, подаваемый системой отбора в СКВ:

Gскв=Gг+GхВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВа (3.39)

Где: Gскв=3715 кг/ч тАУ расход воздуха, подаваемый системой отбора в СКВ, определяемый из условий потребности пассажиров и членов экипажа, теплового расчета кабины самолета и ограничений по отбору воздуха от двигателя.

Решая совместно нелинейный уравнения (3.35 тАУ 3.39) получим расход воздуха во всех линиях при расчетной температуре tскв. Результаты расчета сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Линия	Г	Х	псг	псх	кэкг	кэкх	обг	обх	увл	рец
G, кг/ч	614	3101	583.4	2981	25.85	79.7	4.806	40.19	14.4	3036

Как видно из таблицы, при данной температуре на выходе из установки охлаждения tскв система кондиционирования воздуха обеспечивает заданный температурный режим в кабине самолета при расходе в холодной линии, т.е. через обе установки охлаждения Gх= 3101 кг/ч, что не превышает заданный ранее расход.

Теперь пересчитаем запас воды в самолете, необходимый для обеспечения нормальной работы увлажнителей воздуха и, следовательно, рассчитанного выше температурного режима в кабине экипажа:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.40)

где: Ркэк=Рк=75391 Па тАУ давление воздуха в кабине экипажа;

ВаРнкэк=2339 Па тАУ давление насыщения при кабинной температуре tк=20 оС.

- Увеличение влагосодержания воздуха в кабине за счет влаговыделения экипажа определяется по формуле (3.31) при nn=3 и соответствующих значениях параметров:

Ва,ВаВа (3.41)

-Требуемое влагосодержание воздуха после увлажнителя находится из уравнения теплового баланса воздуха в точке смешения воздуха из установки охлаждения Gкэк и воздуха после увлажнителя Gувл:

, Ва (3.42)

- Требуемый расход воды в увлажнителе:

ВаGвод увл=Gувлdувл,Ва Gвод увл= 9.403 кг/ч (3.43)

- Требуемый запас воды в самолете:

Gвод сам=Gвод увл Gвод сам= 32.91 кг/ч ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3.44)

где: =3,5 часа тАУ время крейсерского полета самолета, т.е. время работы увлажнителей.

4. Расчет трубопроводов системы кондиционирования

Расчет трубопроводов системы кондиционирования воздуха самолета будем производить по параметрам наиболее нагруженного режима, т.е. стоянки самолета (п.3.1.) Схема СКВ для расчета трубопроводов по участкам приведена на рис.3

Рис. 3. Схема СКВ для расчета трубопроводов

4.1 Определение диаметров трубопроводов

Рассмотрим участок 1-2

Р1-2 = 3.614 бар; t1-2= 128.076 С

Плотность воздуха на участке 1-2 трубопровода:

где R=287 Дж/кг - газовая постоянная для воздуха.

По рекомендации методического указания выбираем среднюю скорость воздуха в трубопроводе:

Площадь проходного сечения участка 1-2 трубопровода:

Расчетный диаметр участка 1-2 трубопровода:

По справочной таблице выбирается ближайший к расчетному условный диаметр трубопровода:

4.2 Расчет толщины стенки трубопровода:

- Условие тонкостенности трубы:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4.4)Ва

где - внешний диаметр трубы, м; - толщина стенки трубы, м.

- Толщина стенки цилиндрической трубы:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4.5)Ва

где: Р тАУ давление воздуха в трубе; m=0,0003 тАУ отклонение по диаметру; =0,9 - коэффициент, учитывающий отклонение по толщине стенки трубы; = 300 МПа предел текучести материала трубы.

4.3 Расчет толщины теплоизоляции трубопроводов по условиям эксплуатации

- Коэффициент теплоотдачи от воздуха в трубе к ее стенке:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4.7)Ва

где: A=f(t, Re) тАУ коэффициент, зависящий от температуры воздуха в трубе и режима течения; G тАУ расход воздуха через трубу ; F тАУ площадь проходного сечения трубы; dp - расчетный диаметр проходного сечения трубы

ВаВаВа (4.8)ВаВаВаВаВаВаВаВа

где: Ва- коэффициент теплопроводности материала изоляции АНТМ; t тАУ температура воздуха в трубе; Ва- требуемая температура поверхности изоляции; tcp тАУ температура окружающей среды; Ва- коэффициент теплоотдачи от поверхности теплоизоляции в окружающую среду.