Çevre kontrol sistemi - Environmental control system

Boeing 737-800 ECS için kontrol paneli

Gelen havacılık , bir çevresel kontrol sistemi ( ECS bir bölgesinin) uçak hava kaynağı sağlar temel bir bileşenidir ısı kontrolü ve kabin basıncını için mürettebat ve yolcu. İlave fonksiyonlar soğutma bölgesinin havacılık , duman algılama ve yangın söndürme .

genel bakış

Aşağıda açıklanan sistemler, mevcut üretim Boeing uçaklarına özeldir , ancak ayrıntılar Airbus ve diğer şirketlerin yolcu jetleri için esasen aynıdır . Bunun bir istisnası, uçtuğu yüksek irtifalar ve ayrıca kullandığı biraz daha yüksek kabin basıncı nedeniyle ek bir hava besleme sistemine sahip olan Concorde idi .

Hava besleme

Açık jetliners hava suretiyle ECS beslenir kan bir gelen kompresör her aşamasında gaz türbini motorunun , akışyukarısına yakıcısının . Sıcaklık ve basınç bu boşaltma hava kullanılan kompresör aşaması göre değişir, ve motorun güç ayarı. Bir manifold basıncı düzenleyici kapatma valfi (MPRSOV), akış aşağı sistemler için istenen basıncı korumak için akışı gerektiği gibi kısıtlar.

Havayı sistem boyunca sürmek için belirli bir minimum besleme basıncı gereklidir, ancak mümkün olduğu kadar düşük bir besleme basıncının kullanılması arzu edilir, çünkü motorun boşaltma havasını sıkıştırmak için kullandığı enerji sevk için uygun değildir ve yakıt tüketimi düşer. . Bu nedenle, hava genellikle farklı kompresör aşaması konumlarındaki iki (veya Boeing 777 gibi bazı durumlarda , üç) boşaltma portundan birinden çekilir . Motor düşük basınçtayken (düşük itme veya yüksek irtifa), hava en yüksek basınç boşaltma portundan çekilir. Basınç arttıkça (daha fazla itme veya daha düşük irtifa) ve önceden belirlenmiş bir geçiş noktasına ulaştığında, yüksek basınç kapatma valfi (HPSOV) kapanır ve yakıt performans kaybını en aza indirmek için daha düşük bir basınç portundan hava seçilir. Motor basıncı azaldıkça bunun tersi gerçekleşir.

İstenilen sıcaklığa ulaşmak için, tahliye edilen hava ön soğutucu adı verilen bir ısı eşanjöründen geçirilir . Motor fanından tahliye edilen hava , motor desteğinde bulunan ön soğutucuya üflenir ve servis tahliye havasındaki fazla ısıyı emer. Bir fan hava modülasyon valfi (FAMV), servis boşaltma havasının son hava sıcaklığını kontrol etmek için soğutma hava akışını değiştirir.

Özellikle Boeing 787, kabini basınçlandırmak için tahliye havası kullanmaz. Bunun yerine uçak, kanatların önünde bulunan özel girişlerden hava çekiyor.

Soğuk hava ünitesi

Soğuk hava ünitesinin (CAU) çalışması için birincil bileşen, Hava Döngüsü Makinesi (ACM) soğutma cihazıdır. İlk Boeing 707 uçakları da dahil olmak üzere bazı uçaklar, ev klimalarında kullanılana benzer buhar sıkıştırmalı soğutma kullandı .

Bir ACM, Freon kullanmaz : havanın kendisi soğutucudur . ACM, azaltılmış ağırlık ve bakım gereksinimleri nedeniyle buhar döngüsü cihazlarına tercih edilir.

En jetliners temsil paketleri, ile donatılmıştır P ressurization bir IR onditioning K o. Klima (AC) PAKET(ler)inin yeri, uçağın tasarımına bağlıdır. Bazı tasarımlarda, gövdenin altındaki iki kanat arasındaki kanattan gövdeye kaportaya monte edilirler . Diğer uçaklarda ( Douglas Aircraft DC-9 Serisi ) AC PACK'ler kuyrukta bulunur. McDonnell Douglas DC-10 / MD-11 ve Lockheed L- 1011'deki uçak PACK'leri, uçağın ön tarafında, uçuş güvertesinin altında bulunur . Boeing 747 , Lockheed L-1011 ve McDonnell-Douglas DC-10/ MD-11 gibi daha büyük uçaklarda üç adet olmasına rağmen, neredeyse tüm jet uçaklarında iki PACK bulunur .

AC paketine akan tahliye havasının miktarı, akış kontrol valfi (FCV) tarafından düzenlenir. Her PAKET için bir FCV kurulur. Normalde kapalı bir izolasyon valfi , bir tahliye sisteminin kaybı durumunda bu valf açılabilmesine rağmen , sol tahliye sisteminden gelen havanın sağ PAKET'e (ve tam tersi ) ulaşmasını engeller .

FCV'nin akış aşağısında, soğutma ünitesi olarak da adlandırılan soğuk hava ünitesi (CAU) bulunur. Çok çeşitli CAU türleri vardır; ancak, hepsi tipik temelleri kullanır. Tahliye havası, ram havası, genleşme veya her ikisinin bir kombinasyonu ile soğutulduğu birincil ram havası ısı eşanjörüne girer. Soğuk hava daha sonra yeniden basınçlandırıldığı kompresöre girer ve havayı yeniden ısıtır. İkincil ram-hava ısı eşanjöründen geçen bir geçiş, yüksek basıncı korurken havayı soğutur. Hava daha sonra ısıyı daha da azaltmak için havayı genişleten bir türbinden geçer. Bir turbo şarj ünitesine benzer şekilde, kompresör ve türbin tek bir şaft üzerindedir. Türbinden geçen havadan elde edilen enerji kompresöre güç sağlamak için kullanılır. Hava akışı daha sonra su çıkarıcı tarafından su ekstraksiyonuna hazır olmak üzere kondansatöre geçmeden önce tekrar ısıtıcıya yönlendirilir.

Hava daha sonra bir su ayırıcıdan gönderilir, burada hava uzunluğu boyunca sarmal olmaya zorlanır ve merkezkaç kuvvetleri nemin bir elek aracılığıyla dış duvarlara doğru savrulmasına neden olur ve burada bir drenaj kanalına yönlendirilir ve gemiden denize gönderilir. Daha sonra hava genellikle bir su ayırıcı birleştiriciden veya çoraptan geçecektir. Çorap, kabin havasını daha temiz tutmak için motor tahliye havasındaki kiri ve yağı tutar. Bu su giderme işlemi, buz oluşumunu ve sistemi tıkamasını engeller ve kokpit ve kabinin karada ve alçak irtifalarda buğulanmasını önler.

Sıfırın altındaki bir önyükleme CAU'su için, sıfırın altındaki sıcaklıklara ulaşılabilmesi için nem türbine ulaşmadan önce çıkarılır.

PACK çıkış havasının sıcaklığı, ram-air sisteminden geçen akışın ayarlanması (aşağıda) ve ACM etrafındaki sıcak tahliye havasının bir kısmını atlayan ve onu soğuk hava ile karıştıran bir sıcaklık kontrol valfinin (TCV) modüle edilmesiyle kontrol edilir. ACM türbininin akış aşağısındaki hava.

Ram hava sistemi

Ram-hava girişi, genellikle kanattan gövdeye kaporta üzerinde bulunan küçük bir kepçedir. Neredeyse tüm jetlinerler, birincil ve ikincil ram hava ısı eşanjörlerinden geçen soğutma havası akışının miktarını kontrol etmek için ram hava girişinde modülasyonlu bir kapı kullanır.

Ram hava geri kazanımını artırmak için neredeyse tüm jetlinerler ram hava egzozunda modülasyonlu kanatlar kullanır. Ram sistemi içindeki bir ram-air fanı, uçak yerdeyken ısı eşanjörleri boyunca ram-hava akışı sağlar. Neredeyse tüm modern sabit kanatlı uçaklar, ACM türbini tarafından desteklenen ACM ile ortak bir şaft üzerinde bir fan kullanır.

Hava dağıtımı

AC PACK egzoz havası, devridaim fanlarından gelen filtrelenmiş hava ile karıştırıldığı ve karıştırma manifolduna beslendiği basınçlı gövdeye yönlendirilir. Neredeyse tüm modern jet uçaklarında, hava akışı yaklaşık %50 dış hava ve %50 filtrelenmiş havadır.

Modern jet uçakları , tüm bakterilerin ve kümelenmiş virüslerin %99'undan fazlasını yakalayan yüksek verimli partikül tutucu HEPA filtreleri kullanır .

Karıştırma manifoldundan gelen hava, uçağın çeşitli bölgelerindeki üst dağıtım memelerine yönlendirilir. Her bölgedeki sıcaklık, TCV'nin yukarı akışındaki AC PACK'ten akan düşük basınçlı, yüksek sıcaklıktaki hava olan küçük miktarlarda trim havası eklenerek ayarlanabilir. Hava ayrıca bireysel gaz havalandırma deliklerine verilir. Havalandırma üzerindeki döner kontrol, havalandırmayı hiç hava çıkışı olmaması ile oldukça kuvvetli bir esinti arasında ayarlamak için döndürülebilir.

Boeing 737 -800 yolcu koltukları üzerinde gazlı havalandırma

Gasper'lar genellikle havalarını uçaktaki AC PACK'lerden alırlar, bu da sırayla uçağın jet motorlarının kompresör aşamalarından veya yerdeyken yardımcı güç ünitesinden (APU) veya bir yer kaynağından sıkıştırılmış, temiz hava alır . Kokpitte gaz pedalı için bir ana kontrol bulunur; gaz kesiciler genellikle uçuşun belirli aşamalarında (örn. kalkış ve tırmanma sırasında) motorlar üzerindeki hava tahliye taleplerinden kaynaklanan yükün en aza indirilmesi gerektiğinde geçici olarak kapatılır .

basınçlandırma

Boeing 737-800'de çıkış ve basınç tahliye valfi

Gövdeye hava akışı yaklaşık olarak sabittir ve çıkış akış valfinin (OFV) açıklığı değiştirilerek basınç korunur. Boeing 747 ve 777 gibi bazı daha büyük uçaklarda iki tane olmasına rağmen, çoğu modern jet uçağı, gövdenin alt kıç ucunun yakınında bulunan tek bir OFV'ye sahiptir.

OFV'nin kapanmaması durumunda, gövdeyi aşırı ve düşük basınçtan korumak için en az iki pozitif basınç tahliye valfi (PPRV) ve en az bir negatif basınç tahliye valfi (NPRV) sağlanır.

Uçak kabin basıncı genellikle 8000 fit veya daha düşük bir kabin yüksekliğine kadar basınçlandırılır. Bu, basıncın 10.9 pound/inç kare (75 kPa) olduğu anlamına gelir; bu, 8,000 fit (2,400 m)'deki ortam basıncıdır. Daha düşük bir kabin yüksekliğinin daha yüksek bir basınç olduğunu unutmayın. Kabin basıncı, her bir uçağın yüksekliğini bir kabin yüksekliği ile ilişkilendiren bir kabin basınç programı tarafından kontrol edilir. Airbus A350 ve Boeing 787 gibi yeni uçaklar, uçuşlar sırasında yolcu yorgunluğunun azaltılmasına yardımcı olan daha düşük maksimum kabin irtifalarına sahip olacak.

Tipik jet uçağının seyir irtifalarında atmosfer genellikle çok kuru ve soğuktur; uzun uçuşlarda kabine pompalanan dış hava, korozyona veya elektriksel arızalara neden olabilecek yoğuşmaya neden olma potansiyeline sahiptir ve böylece ortadan kaldırılır. Sonuç olarak, daha düşük irtifalarda nemli hava ile karşılaşıldığında ve içeri çekildiğinde, ECS onu ısıtma ve soğutma döngüsü ve yukarıda bahsedilen su ayırıcı aracılığıyla kurutur, böylece yüksek dış bağıl nemde bile, kabin içinde genellikle çok daha yüksek olmaz. %10'dan fazla bağıl nem.

Düşük kabin nemi, mantar ve bakterilerin büyümesini önleme gibi sağlık yararlarına sahip olsa da , düşük nem, cildin, gözlerin ve mukoza zarlarının kurumasına neden olur ve dehidrasyona katkıda bulunur , bu da yorgunluğa, rahatsızlığa ve sağlık sorunlarına yol açar. Bir çalışmada, uçuş görevlilerinin çoğu, düşük nemden kaynaklanan rahatsızlık ve sağlık sorunları bildirmiştir. 2003 yılında ABD Kongresi'ne yaptığı açıklamada , Ticari Uçakların Yolcu Kabinlerinde Hava Kalitesi Komitesi'nin bir üyesi, "düşük bağıl nem, bazı geçici rahatsızlıklara (örneğin, gözlerin, burun pasajlarının ve cildin kurumasına) neden olabilir, ancak diğer olası kısa süreli rahatsızlıklara neden olabilir" dedi. veya uzun vadeli etkiler belirlenmemiştir".

Yoğuşmayı önleme ihtiyacına uygun olarak bağıl nemi son derece düşük seviyelerde tutmak için bazı uçakların ECS'sine bir kabin nem kontrol sistemi eklenebilir. Ayrıca Boeing 787 ve Airbus A350, yapılarında korozyona karşı daha dayanıklı kompozitler kullanılarak uzun uçuşlarda %16 kabin bağıl nemi ile çalışabilmektedir.

Sağlık kaygıları

Tahliye havası motorlardan gelir ancak havası yanma odasının yukarı akışındaki motordan olur. Hava, kompresörün durması (esas olarak bir jet motorunun geri tepmesi) dışında motordan geriye doğru akamaz , bu nedenle tahliye havası, uçağın kendi motorlarının normal çalışmasından kaynaklanan yanma kirleticilerinden arındırılmış olmalıdır.

Bununla birlikte, bazı durumlarda karbon contalar, endüstride bir duman olayı olarak bilinen şekilde, tahliye havasına yağ (potansiyel olarak tehlikeli kimyasallar içeren) sızdırabilir . Arızalı yağ keçeleri motor ömrünü azaltacağından, bu genellikle hızlı bir şekilde ele alınır.

Bu ve motor bölmesindeki diğer kaynaklardan kaynaklanan yağ kirliliği, bazı savunuculuk gruplarının sağlıkla ilgili endişelerine yol açtı ve birkaç akademik kurum ve düzenleyici kurum tarafından araştırmaları tetikledi. Bununla birlikte, hiçbir güvenilir araştırma, duman olaylarının neden olduğu tıbbi bir durumun varlığına dair kanıt sağlamamıştır.

Dipnotlar

Referanslar

  • ASHRAE El Kitabının HVAC Uygulamaları hacmi , American Society of Heating, Ventilating and Air-Conditioning Engineers, Inc. ( ASHRAE ), Atlanta, GA, 1999.