民用飛機客艙空氣環境設計參數體系初探

2016-12-08 06:40:04肖曉勁,吳丹,陳希遠等

中國科技信息 2016年20期

民用飛機客艙空氣環境設計參數體系初探

據統計，人的一生有70%～90%的時間在室內度過。室內環境條件并非自然形成，而是采用燈光照明、通風空調等手段形成的人工環境。民用飛機客艙環境是一種典型的人工環境，一般可分為幾何環境（涉及客艙布置、座椅、內飾等）、電磁環境、力學環境（涉及振動、噪聲等）和空氣環境等范疇。其中，客艙空氣環境是乘客最直接接觸的機上環境。客艙空氣環境設計的好壞直接影響乘客對飛機整體舒適度水平的判斷。

根據民用飛機市場定位、客戶需求、法規要求等的不同，客艙空氣環境的設計要求往往存在較大差異。這種差異既體現在環境參數指標的數量上，又體現在各參數指標的數值上。考慮更多的設計指標及更嚴格的指標限值，往往意味著民用飛機研制成本和重量的增加以及經濟性的降低，因此主制造商有著減少設計指標約束的原始沖動，但如果要在民機市場取得一席之地并取得商業成功，就必須注重型號客艙環境的設計亮點，以滿足人們對于空中旅行越來越高的舒適性要求。

客艙空氣環境設計參數體系的提出

民用飛機研制是一項龐大復雜的系統工程。型號的成功，很大程度上決定于型號的初始設計特征。在設計初始階段，如果能充分考慮飛機客艙環境的舒適性設計要求，飛機才可能具備完美的舒適性品質。國內傳統的飛機設計方法主要是對標國際相似機型，主要機載系統各自提出并實現設計要求。但由于缺乏整體的設計理念和必要的系統間權衡研究，必然導致顧此失彼的不利局面。客艙空氣環境由溫度、濕度、空氣品質和壓力等眾多參數共同營造，這就決定了需要在飛機設計初期做頂層設計時，總體、空調、壓調、內飾等多個專業必須進行有效的協調，以充分權衡各種設計特征的制約關系。民用飛機空調系統（ATA21）作為實現空氣環境的主要機載系統，其設計的成功與否，很大程度上依賴于客艙空氣環境設計要求是否全面。國內長期以來的做法是對主要關心的空氣環境參數提出指標要求，一方面無法覆蓋空氣環境的所有參數，另一方面也缺乏指標正確性和準確性的分析依據，從而影響最終的客艙空氣環境舒適性，因此迫切需要建立一套完整的民機客艙空氣環境設計參數體系。

構建原則

構建民用飛機客艙空氣環境設計參數體系，主要應考慮遵循以下原則。

（1）完整性原則。體系應盡可能完整覆蓋影響舒適性的客艙空氣環境參數。

（2）可量化原則。對客艙空氣環境參數的設計要求應具體化、指標化，以便進行設計驗證。

（3）可溯性原則。所有參數的設計指標要求均應有明確的來源。

（4）可實現性原則。當前民用飛機研制實力應能保證可實現這些參數指標。

（5）經濟性原則。實現這些參數指標不能突破合理的成本預期。

（6）開放性原則。隨著新材料、新工藝水平的不斷提高，以及行業性要求的變更，參數體系中的各項指標限值應保持實時更新。

體系架構

根據客艙空氣環境參數所屬范疇，本文將參數體系劃分為熱力學參數、化學參數和生物學參數等三大分支。通常，熱力學參數包括溫度/溫度均勻性、壓力/壓力變化率、濕度、氣流速度、新鮮空氣量等；化學參數通常可細分為無機化學參數和有機化學參數，前者包括CO、CO2、O3、NOx、微

細顆粒物（包括PM10、PM2.5）等，后者包括甲醛、苯等揮發性有機化合物（VOCs）；生物學參數包括細菌、病毒等。

上述參數的限值要求均應來自于現行有效的國際/國內標準和行業規范性文件，也可參考建筑室內、公共交通工具等行業的相關規定，具體設計時可酌情使用。

（1）運輸類飛機適航標準及其支持文件，主要有：AP－25《Airworthiness standards： Transport category airplanes》、CCAR－25《運輸類飛機適航標準》、CS－25《Certification specifications for large aeroplanes》、FAR－25《Airworthiness standards： Transport category airplanes》、AC 25－22《Pressurization， ventilation and oxygen systems assessment for subsonic flight including high altitude operation》；

（2）美國采暖、制冷與工程師學會標準及手冊，主要有：ASHRAE STD 55《Thermal environmental conditions for human occupancy》、ASHRAE STD 62.1《Ventilation for acceptable indoor air quality》、ASHRAE STD 161《Air quality withing commercial aircraft》、ASHRAE Handbook《HVAC Applications》；

（3）國際自動機工程師學會文件，主要有：SAE ARP85《Air conditioning systems for subsonic airplanes》、SAE ARP1270《Aircraft cabin pressurization control criteria》、SAE AIR4766《Air quality for commercial aircraft cabins》；

（4）國家標準，主要有：GB9673《公共交通工具衛生標準》、GB18883《室內空氣質量標準》、GB50189《公共建筑節能設計標準》、GB/T17095《室內空氣中可吸入顆粒物衛生標準》、GB50325《民用建筑工程室內環境污染控制規范》；

（5）其他規范性文件，主要有：EPA－NAAQS標準《National ambient air quality standard for ozone》、OSHA標準《Occupational safety and health administration standard》、ACGIH文件《Threshold limit values for chemical substances and physical agents & biological exposure indices》等。