飞机环境控制系统(ECS)

显示随海拔高度而变化的典型环境温度图表
海拔高度不同的环境空气温度范围

飞机的环境控制系统(ECS)的主要任务是为机组人员和乘客提供空气,热控制和客舱增压。需为每位乘客提供0.55磅/分钟的新鲜空气,其要求如下:

  • 适当的氧气水平
  • 湿度范围为7-15%
  • 温度范围为21-25°C
  • 压力水平约为750hPa

通过控制排出陈旧空气来调节客舱所需的压力。再循环空气和新鲜空气以大致相等的比例混合。

正常的飞行过程中,机舱温度会被调节到21-25°C。在炎热的天气在地面上为客舱降温,估计每位乘客消耗的冷却功率约为150-200W。对于具有350名载客容量的大飞机而言,其所需的冷却功率将超过50kW。

在ECS系统运行时,其动态工况可以表明冷却效率:

  • 典型的夏季工况:从40°C冷却到24°C
  • 典型的冬季工况:从-25°C升温到21°C

客舱的目标温度必须在30分钟内达到。在冬季升温工况下,新鲜空气需要达到70°C。与总燃料消耗量相比,环境控制系统所需燃料的比例约为5%。
在夏季工况下,飞机停在地面上,大约25%的环境控制系统功率被用于空气除湿。现在我们使用高压水分离器来实现这个目的。其原理为空气在高压水平下比在正常压力下吸收更少的水分。

展示飞机乘员舱不同气候概念的示意图
飞机客舱气候变化的不同概念

飞机客舱的热舒适性

载有乘客的飞机上显示热辐射结果的图像
机外壳和乘客的日晒负载

飞机客舱内任何时间都必须设定合适的温度。这取决于乘客的着装,例如冬季或夏季。进一步也取决于乘客的活动水平——他们是醒着的还是熟睡的。

身体部位不舒服的原因可能是:

  • 头部或颈部区域的强烈气流
  • 脚冷
  • 靠窗座位上太阳的辐射
  • 身体与座椅接触区域出汗,特别是在长途飞行的时候

在设计客舱通风系统时,通常应避免不对称和不均匀的热条件。为了比较乘客的局部舒适度指数,可以使用THESEUS‑FE的热生理人体模型结合高精细度的CFD模型进行热模拟仿真。人们可以通过这种方式轻松进行不同气候化方案的分析,而不需要用成本高昂的试制原型。

豪华飞机客舱模型在THESEUS-FE GUI中打开的图像
在THESEUS‑FE GUI中打开的豪华飞机客舱模型与乘客

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