飛機(jī)制冷系統(tǒng)就是為冷卻飛機(jī)座艙和設(shè)備艙提供低溫空氣的環(huán)境控制系統(tǒng)，該種系統(tǒng)設(shè)計既要滿足艙內(nèi)乘客的溫度舒適性，又要增加電子設(shè)備的工作可靠性。制冷系統(tǒng)主要由空調(diào)組件和組件溫度控制系統(tǒng)等組成?？照{(diào)組件冷卻來自氣源系統(tǒng)的熱空氣，并傳送至下游的分配系統(tǒng)。組件溫度控制系統(tǒng)控制組件出口溫度，并防止空調(diào)組件內(nèi)部超溫或結(jié)冰。
2020年5月底。上海市計量測試技術(shù)研究院承擔(dān)的上海市局科技項目“飛機(jī)空氣循環(huán)制冷機(jī)的檢測方法研究”(項目編號：2018-15)通過了上海市市場監(jiān)督管理局組織專家的驗收。
該項目針對飛機(jī)空氣循環(huán)制冷機(jī)的在線檢測方法進(jìn)行了深入研究，通過建立飛機(jī)空氣循環(huán)制冷機(jī)的二維CFD理論模型，預(yù)測了制冷系統(tǒng)的溫度場和流場，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計和建立了一套高準(zhǔn)確度的在線檢測系統(tǒng)。項目組采用焓值法對制冷循環(huán)進(jìn)行了理論計算，推導(dǎo)出系統(tǒng)總制冷量的準(zhǔn)確計算方法，并評定了系統(tǒng)總制冷量的測量不確定度，結(jié)果達(dá)到國內(nèi)較早水平。截至目前，項目組共發(fā)表4篇學(xué)術(shù)論文，已申請發(fā)明專利2項，編制了1份飛機(jī)空氣循環(huán)制冷機(jī)的在線檢測方法。
什么是焓值法
全稱空氣焓差法或空氣焓值法，是一種測定空調(diào)機(jī)制冷、制熱能力的試驗方法。它對空調(diào)機(jī)的送風(fēng)參數(shù)、回風(fēng)參數(shù)以及循環(huán)風(fēng)量進(jìn)行測量，用測出的風(fēng)量與送風(fēng)、回風(fēng)焓差的乘積確定空調(diào)機(jī)的能力?！翱諝忪什罘ㄓ嬎阒评淞扛鶕?jù)焓差法測量制冷能力原理用焓差法測定時 就是在被測空調(diào)器的進(jìn)、出口氣流中設(shè)置干、濕球溫度計 并在空調(diào)器出風(fēng)口裝設(shè)風(fēng)量測量裝置。
空調(diào)器進(jìn)口空氣參數(shù)由空氣再處理設(shè)備或房間空調(diào)設(shè)備控制以維持室內(nèi)工況。待工況穩(wěn)定后 即可對空調(diào)器的進(jìn)、出口空氣參數(shù)及通過空調(diào)器的風(fēng)量進(jìn)行測定。參數(shù)不是直接測量，需要通過直接測量量：蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)干球溫度、蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)相對濕度、蒸發(fā)器出風(fēng)干球溫度、蒸發(fā)器出風(fēng)相對濕度、冷凝器進(jìn)風(fēng)干球溫度以及大氣壓力計算得出。
飛機(jī)空氣循環(huán)制冷
目前大型飛機(jī)上都是采用空氣循環(huán)系統(tǒng)制冷的，該系統(tǒng)由冷熱兩部分氣體管路組成，兩支管路的氣體都是來自發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)引氣，飛行員根據(jù)季節(jié)特點及航路中的不同需要，旋轉(zhuǎn)空調(diào)面板的溫度調(diào)節(jié)旋鈕到合適的位置，溫度控制器接到飛行員的輸入指令后，與接收到的管道溫度傳感器和客艙溫度傳感器進(jìn)行比較，是加溫還是降溫，從而控制到達(dá)混合室的冷空氣和熱空氣的比例，得到滿足人體生理和工作需要的座艙空氣。
熱通道較簡單，就是發(fā)動機(jī)引來氣體中的一部分，經(jīng)過調(diào)節(jié)活門直接到達(dá)輸送到混合腔的通路，各種空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)主要冷路的設(shè)計實現(xiàn)上，根據(jù)冷路系統(tǒng)中渦輪冷卻器的類型可將空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)分成三類：渦輪風(fēng)扇式、渦輪壓氣機(jī)式及渦輪壓氣機(jī)風(fēng)扇式。其中渦輪壓氣機(jī)風(fēng)扇式制冷系統(tǒng)是前兩者的組合，結(jié)合了前兩者的優(yōu)點。
空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)由壓縮空氣源、熱交換器和渦輪膨脹機(jī)等組成。由發(fā)動機(jī)帶動的座艙增壓器或者直接由發(fā)動及引出的高溫高壓空氣先經(jīng)過熱交換器，將壓縮熱傳給冷卻介質(zhì)(熱交換器的冷卻介質(zhì)一般是機(jī)外環(huán)境空氣和燃油)，然后流入渦輪中進(jìn)行膨脹，并驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，帶動同軸的壓氣機(jī)或風(fēng)扇，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，空氣本身的溫度和壓力在渦輪出口得到大大降低，由此獲得滿足溫度和壓力要求的冷空氣，再與熱路空氣按一定的比例混合后就可以通向客艙提供舒適環(huán)境并增壓。
為了達(dá)到較好的制冷效果，熱交換器外圍的冷卻空氣流動的越快，熱交換器中需要被冷卻的發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)引氣的冷卻效率越高，將渦輪同軸相連的風(fēng)扇與熱交換器串聯(lián)在同一條沖壓空氣管道上，這樣通過渦輪將熱能轉(zhuǎn)化的機(jī)械功驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，加速了熱交換器周圍冷卻空氣的流動，就剛好達(dá)到提高冷卻效率的目的。渦輪風(fēng)扇式空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)就是這樣滿足冷路制冷要求的，但由于飛機(jī)在高空高速飛行時比在地面及低速飛行時，渦輪風(fēng)扇式空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)中的風(fēng)扇做功的負(fù)荷減小很多，使得高速飛行時渦輪轉(zhuǎn)數(shù)增加，容易產(chǎn)生超轉(zhuǎn)，影響制冷效果并減小渦輪的壽命，故要限制飛行高度。
蒸發(fā)循環(huán)制冷
自從1877年德國慕尼黑工學(xué)院教授林德，發(fā)明設(shè)計出第一臺以氨為制冷工質(zhì)的制冷機(jī)以來，一百三十年來，其制冷技術(shù)原理與工藝方法一直沿革至今，所不同的只是改換了制冷工質(zhì)，由氨換成了氟里昂，目前又由氟里昂換成非氟制冷工質(zhì)。蒸發(fā)循環(huán)閉式系統(tǒng)由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥等組成，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的高溫高壓的制冷劑以氣態(tài)進(jìn)入冷凝器散熱降溫液化，成為高壓液體，根據(jù)蒸發(fā)器出口的溫度調(diào)節(jié)膨脹閥中的制冷劑的流量，使經(jīng)膨脹閥后得到的低壓液態(tài)的制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收周圍空氣的熱量，變?yōu)榈蛪赫羝?，再進(jìn)入壓縮機(jī)，往復(fù)循環(huán)。從而利用制冷劑狀態(tài)變化使蒸發(fā)器熱邊的空氣得到冷卻，冷凝器周圍空氣得到加熱，相當(dāng)于利用制冷劑做為載體將蒸發(fā)器周圍空氣中的熱量“搬運”到冷凝器周圍散掉。
蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)的冷卻效率高，而且在地面頂級條件下有良好的冷卻能力，高空高速飛行時有良好的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)省燃油。閉式系統(tǒng)只在少數(shù)民用機(jī)上使用，主要運用在高性能飛機(jī)的電子設(shè)備艙冷卻方面。
空氣循環(huán)和蒸發(fā)循環(huán)的區(qū)別：
空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)是以空氣為制冷工質(zhì)，以逆布雷頓循環(huán)為基礎(chǔ)的;蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)是以在常溫下能發(fā)生相變的液態(tài)制冷劑為工質(zhì)，是建立在卡羅循環(huán)的基礎(chǔ)上的?？諝庋h(huán)制冷系統(tǒng)通過壓縮空氣在膨脹機(jī)中絕熱膨脹獲得低溫氣流實現(xiàn)制冷，其理想的工作過程包括等熵壓縮、等壓冷卻、等熵膨脹及等壓吸熱四個過程，與蒸發(fā)循環(huán)制冷的四個工作過程相近。兩者的區(qū)別在于：空氣制冷循環(huán)中空氣不發(fā)生相變，無法實現(xiàn)等溫吸熱;空氣的節(jié)流冷效應(yīng)很低，降壓制冷裝置是以膨脹機(jī)代替節(jié)流閥。
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