飛機(jī)制冷系統(tǒng)評價方法介紹

田婷婷

摘 要：本文介紹了起飛總質(zhì)量法的估算模型，并以此計算了四種不同的制冷系統(tǒng)方案。通過必要的對比分析，說明該估算模型的合理性，可作為一種有效的飛機(jī)制冷系統(tǒng)評價方法。

關(guān)鍵詞：制冷系統(tǒng)；評價方法；起飛總質(zhì)量法

1 研究意義

系統(tǒng)設(shè)計時，常有不同的系統(tǒng)方案可以滿足，需要對這些系統(tǒng)進(jìn)行比較和評定，以選定最佳方案。在評價制冷系統(tǒng)時，所需要考慮的因素包括：系統(tǒng)的裝機(jī)重量；設(shè)計和制造所需的周期；研制經(jīng)費(fèi)及成本；安裝位置；系統(tǒng)的需用功率；系統(tǒng)五性情況；飛機(jī)增加的氣動阻力和系統(tǒng)維護(hù)。在上述各種因素中，系統(tǒng)裝機(jī)重量、氣動阻力等因素直接影響飛機(jī)的飛行品質(zhì)，研制周期、經(jīng)費(fèi)等因素則直接影響飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，安裝位置則影響飛機(jī)的布局，需用功率則影響飛機(jī)的設(shè)計，系統(tǒng)五性、系統(tǒng)維護(hù)情況則影響飛機(jī)的使用。

在方案階段，常以系統(tǒng)的重量、系統(tǒng)的需用功率以及飛機(jī)增加的阻力等三種因素進(jìn)行評價。然而只通過裝機(jī)重量或需用功率或飛機(jī)阻力等單一因素來評價一個系統(tǒng)是否優(yōu)異并不準(zhǔn)確，需要有一個能這三種因素轉(zhuǎn)換成某種共同單位的方法，如飛機(jī)性能代償損失。因此目前進(jìn)行系統(tǒng)評價，主要有當(dāng)量質(zhì)量法、當(dāng)量阻力法和起飛總質(zhì)量法。為獲得較好的經(jīng)濟(jì)性，常采用起飛總質(zhì)量法來計算不同制冷系統(tǒng)的性能代償損失。[1]

2 起飛總質(zhì)量法介紹

起飛總質(zhì)量法是將制冷系統(tǒng)對飛機(jī)的重量、需用功率及飛行阻力等影響因素都折算成起飛總質(zhì)量的增加量。其估算模型[2]包括：系統(tǒng)固定裝置質(zhì)量；為運(yùn)輸固定系統(tǒng)裝置質(zhì)量所引起的燃油代償損失；克服沖壓空氣阻力所引起的燃油代償損失；從發(fā)動機(jī)軸輸出功率所引起的燃油代償損失和從發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)引氣所引起的燃油代償損失。

下面分別介紹每一部分模型。

2.1 系統(tǒng)固定裝置質(zhì)量所引起的燃油代償損失

制冷系統(tǒng)的固定質(zhì)量主要指系統(tǒng)的裝機(jī)重量，包括系統(tǒng)的成附件、控制機(jī)構(gòu)、管路（包含管路連接件、緊固件等）、安裝固定裝置及電氣連接件等。系統(tǒng)的固定裝置質(zhì)量

me可根據(jù)實(shí)際裝機(jī)情況統(tǒng)計出來，一般情況下是個定值（不包括消耗性的冷卻劑）。在飛行包線內(nèi)，運(yùn)輸系統(tǒng)固定質(zhì)量需要消耗燃油mf，E。兩者之和為系統(tǒng)固定裝置質(zhì)量所引起的燃油代償損失。該部分基于制冷系統(tǒng)對于飛機(jī)重量的影響因素的考慮。

2.2 克服沖壓空氣阻力所引起的燃油代償損失

制冷系統(tǒng)中常需要引外界沖壓空氣或用于換熱器冷邊，或用于應(yīng)急通風(fēng)，或用于增壓氣源。沖壓空氣常對飛行產(chǎn)生氣動阻力，因此為了克服沖壓空氣阻力需要消耗燃油，為了運(yùn)輸這部分消耗的燃油，又需要額外消耗燃油，這樣就構(gòu)成了克服沖壓空氣阻力的燃油代償損失mf，D。該部分基于制冷系統(tǒng)對于飛機(jī)飛行阻力的影響因素的考慮。

2.3 從發(fā)動機(jī)軸輸出功率所引起的燃油代償損失

制冷系統(tǒng)中的某些部件有時需要靠發(fā)動機(jī)輸出軸帶動，如蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)。從發(fā)動機(jī)軸輸出功率要消耗燃油，而為了運(yùn)輸這部分燃油又需要消耗燃油，這樣就構(gòu)成了從發(fā)動機(jī)軸輸出功率所引起的燃油代償損失mf，P。該部分基于制冷系統(tǒng)對于飛機(jī)需用功率的影響因素的考慮。

2.4 從發(fā)動機(jī)引氣而引起的燃油代償損失

傳統(tǒng)的空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)全都需要從發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)引氣，這勢必會影響發(fā)動機(jī)的功率輸出，即需要附加消耗燃油量。為了運(yùn)輸這部分燃油又需要消耗燃油。這樣就構(gòu)成了從發(fā)動機(jī)引氣而引起的燃油代償損失mf，bl。該部分也是基于制冷系統(tǒng)對于飛機(jī)需用功率的影響因素的考慮。

因此，得出起飛總質(zhì)量法的模型估算公式為：

△mT=mE+mf，E+mf，D+mf，p+mf，bl（1）

3 計算分析

在進(jìn)行某大型水陸兩棲飛機(jī)制冷系統(tǒng)方案評價時，可采用起飛總質(zhì)量法定量分析，見下表。

通過上表，可知四種方案中電動式空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)的△mT最小。雖然它mf，D最大（引外界沖壓空氣作為換熱器冷邊和壓縮氣源），但是不從發(fā)動機(jī)引氣，缺少mf，bl，使得它比傳統(tǒng)的從發(fā)動機(jī)引氣的空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)起飛總質(zhì)量要小得多。同時它的固定裝置質(zhì)量又比蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)要小，因此它是四種方案中最經(jīng)濟(jì)的方案。

4 結(jié)論

本文描述的起飛總質(zhì)量法通過將制冷系統(tǒng)對飛機(jī)的重量、需用功率及飛行阻力等影響因素都折算成起飛總質(zhì)量的增加量，實(shí)現(xiàn)了定量對比分析不同的制冷系統(tǒng)，可作為一種有效的評價方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]壽榮中，何慧珊.空調(diào)系統(tǒng)的飛機(jī)性能代償損失估算方法[J].北京：北京航空學(xué)院，BH.F334，1980.

[2]崔高偉.飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的優(yōu)化方法研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2014.