飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)座艙及駕駛艙內(nèi)空氣質(zhì)量的監(jiān)測

荊游 蔡磊 高盼

摘 要：飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)主要用于對飛機(jī)座艙及駕駛艙內(nèi)的空氣、溫度與壓力進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，限制管路供氣溫度與壓力在要求的極限，保證座艙、駕駛艙內(nèi)具有一定的溫度、壓力、空氣流速、濕度和空氣清潔度等。應(yīng)用相關(guān)的空氣質(zhì)量傳感器可實(shí)時監(jiān)測座艙及駕駛艙內(nèi)的空氣質(zhì)量情況，并反饋給環(huán)控系統(tǒng)中的引氣系統(tǒng)，通過引氣系統(tǒng)中的空氣凈化模塊來及時改善座艙及駕駛艙內(nèi)的空氣質(zhì)量，從而更好地滿足機(jī)上乘員的正常工作和生活的必要條件。

關(guān)鍵詞：環(huán)控系統(tǒng) 空氣質(zhì)量 空氣凈化

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0030-02

air， temperature and pressure control and regulation in the cabin and cockpit of aircraft， limiting required extreme temperature and pressure in the conduit for air supply to ensure that the cabin and cockpit have a certain temperature， pressure， air velocity， humidity and air cleanliness. With the application of some air quality sensors the real-time air quality monitoring for cabin and cockpit can be achieved as a feedback which is got by the air entraining system of environmental control system. The air purification modules of the air entraining system can improve the air quality in the cabin and cockpit promptly to better meet the necessary work and life conditions for the crew.

Key Words：Environmental control system；Air quality；Air purification

飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)在現(xiàn)代航空技術(shù)的發(fā)展中占據(jù)著日益重要的位置，它有力地解決了飛機(jī)座艙及駕駛艙的供氣、調(diào)溫和增壓問題[1-2]。而飛機(jī)座艙及駕駛艙又是一個比較封閉的空間，在這個封閉的空間中不可避免地會產(chǎn)生空氣污染問題。在長時間的飛行過程中，機(jī)上乘員主要呼吸飛機(jī)座艙及駕駛艙這個特殊空間內(nèi)的空氣，如果其中空氣質(zhì)量不佳，勢必影響機(jī)上乘員的正常工作和生活，嚴(yán)重者會對機(jī)上乘員的健康帶來威脅。所以在飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)中加入對座艙及駕駛艙內(nèi)空氣質(zhì)量情況的實(shí)時監(jiān)測是十分有必要的。

1 飛機(jī)座艙及駕駛艙內(nèi)空氣污染物的來源及組成

總的來說，飛機(jī)座艙及駕駛艙內(nèi)的經(jīng)環(huán)控系統(tǒng)處理過的空氣來源于飛機(jī)所在的飛行空域的大氣環(huán)境[3]。因此，飛機(jī)座艙及駕駛艙內(nèi)的空氣質(zhì)量與機(jī)外大氣環(huán)境息息相關(guān)。目前，我國的大氣污染問題比較嚴(yán)重，很多地區(qū)由于汽車尾氣排放和工業(yè)廢氣排放導(dǎo)致了嚴(yán)重的霧霾天氣，由此產(chǎn)生了大量的可吸入固體顆粒物；燃燒產(chǎn)物污染帶來的揮發(fā)性有機(jī)化合物和有害無機(jī)小分子等也排放到大氣[4]。大氣污染程度越嚴(yán)重，飛機(jī)飛行時經(jīng)環(huán)控系統(tǒng)處理得到的適宜氣流受污染就越嚴(yán)重，則飛機(jī)座艙及駕駛艙內(nèi)空氣污染物也就越多。

從上面的分析可以看出，飛機(jī)座艙及駕駛艙內(nèi)空氣污染物的主要組成可能有：揮發(fā)性有機(jī)化合物、有害無機(jī)小分子、可吸入固體顆粒物等。

2 MQ135空氣質(zhì)量傳感器

空氣質(zhì)量傳感器廣泛應(yīng)用于各種有害氣體探測、空氣凈化、換氣、通風(fēng)和空調(diào)裝置等。MQ135空氣質(zhì)量傳感器屬于金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器，其氣敏材料為二氧化錫（SnO2）。二氧化錫在干凈的空氣中電導(dǎo)率是較低的；當(dāng)它所處的環(huán)境中存在污染氣體時，二氧化錫的電導(dǎo)率會隨著污染氣體的濃度上升而增大。配置相應(yīng)的外圍電路即可輸出與污染氣體濃度相對應(yīng)的電壓信號。MQ135空氣質(zhì)量傳感器可有效檢測多種有害氣體，適合多種用途，并且它有著良好的靈敏度，其檢測濃度可達(dá)10～1 000 ppm，還有長壽命、低成本等特點(diǎn)。圖1為實(shí)物照片。

實(shí)際使用時，將其做成一個模塊，便于微控制器讀取信號進(jìn)行后續(xù)操作。MQ135空氣質(zhì)量傳感器模塊4個端口分別為電源正極、電源負(fù)極（地）、模擬輸出和TTL輸出，實(shí)際使用時電源兩端口分別接+5 V和GND，模擬輸出接微控制器內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器的信號輸入引腳，TTL輸出懸空不用。模擬輸出0 V表示空氣質(zhì)量最優(yōu)，模擬輸出5 V表示空氣質(zhì)量最差。圖2為實(shí)物照片。

3 座艙及駕駛艙內(nèi)空氣質(zhì)量的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)

圖3所示為設(shè)計的座艙及駕駛艙內(nèi)空氣質(zhì)量的監(jiān)測系統(tǒng)。將5個MQ135空氣質(zhì)量傳感器均勻布局在飛機(jī)座艙及駕駛艙內(nèi)壁上，它們將艙內(nèi)的空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)換為模擬電壓值輸出，輸出的模擬電壓發(fā)送到微控制器，首先通過微控制器內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，繼而微控制器內(nèi)部程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理及分析，并對空氣質(zhì)量做出判斷，根據(jù)判斷結(jié)果控制液晶顯示當(dāng)前空氣質(zhì)量狀況等信息，并將對應(yīng)的空氣凈化控制信號發(fā)送給環(huán)控系統(tǒng)中的引氣系統(tǒng)[5]，工作模式如表1所示。

4 結(jié)語

該文所提出的飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)座艙及駕駛艙內(nèi)空氣質(zhì)量的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)能有效地準(zhǔn)確監(jiān)測座艙及駕駛艙內(nèi)的空氣質(zhì)量情況，若監(jiān)測到艙內(nèi)空氣質(zhì)量異常可立即將信息發(fā)送給環(huán)控系統(tǒng)中的引氣系統(tǒng)，繼而啟動引氣系統(tǒng)中加裝的額外空氣凈化模塊，來及時改善座艙及駕駛艙內(nèi)的空氣質(zhì)量。未來座艙及駕駛艙內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)可推廣應(yīng)用到民航客機(jī)及軍民用運(yùn)輸機(jī)中去，更好地滿足機(jī)上乘員的正常工作和生活的必要條件。

參考文獻(xiàn)

[1]韓葉飛，胡永祥，姚振強(qiáng)，等.ARJ飛機(jī)環(huán)控功能自動化試驗(yàn)系統(tǒng)研制[J].航空制造技術(shù)，2011（5）：83-87，95.

[2]趙維義，張?zhí)┓澹瑮顣匀A.飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)典型故障分析[J].裝備環(huán)境工程，2012，9（2）：82-84，97.

[3]李洪波，董新民，李婷婷.飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)熱交換器優(yōu)化分析[J].信息與控制，2011，40（1）：73-77.

[4]荊游.新型室內(nèi)空氣凈化器的研制[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

[5]王曉文.基于并行工程的飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計[J].航空制造技術(shù)，2004（8）：86-89.