[科普中国]-航空气密座舱设备

气密座舱的基本结构形式有两种：一种是再生式；另一种是大气通风式。现代大、中型民用飞机均采用大气通风式气密座舱。

大气通风式气密座舱就是通过密封系统将座舱与大气隔绝开来，再由飞机发动机压气机的引气系统或其他增压装置将高空稀薄的空气压缩后输入舱内，向座舱供气增压，使座舱内形成较外界高空环境大气压力高的舱内气体压力环境，而座舱内使用过的空气又不断地经压力调节装置的排气活门排出机外，座舱空气处于不断流通中，这样既可以保证座舱内的余压要求，又可以维持通风，使舱内空气保持清新；由于被压缩的空气经过调节，可以对座舱进行加温或冷却，保证座舱内的温度要求。

这种气密座舱利用空气增压装置向座舱输入增压空气来使座舱增压。增压空气经单向活门、空气滤、供气量调节装置、供气开关等附件，不断进入座舱。座舱内的空气又不断经压力调节装置流出，带走人们呼出的二氧化碳和水蒸气，以保持座舱内空气新鲜。压力调节装置用来调节座舱压力，使之按一定规律随高度而改变。温度调节装置能自动控制流向加温装置和冷却装置的空气流量的比例，以保持适当的座舱温度。供气量调节装置用来控制输入座舱的增压空气的流量，以保证座舱压力、温度调节的准确性，并使人们能吸到足够的新鲜空气。由于高空大气比较干燥，客机一般都装有湿度调节装置，它能向座舱输送水蒸气，使座舱内空气适当。

大气通风式气密座舱有显著的优点：由于增压空气是由发动机压气机引出的，除压力便于调节外，引气温度较高，又能用来给座舱加温，使增压和调温的两大任务能同时用同一空气介质完成，从而使系统设备简化；此外，大气通风式座舱对气密性的要求可以相对降低，从而使座舱密封结构简化，也便于维护。它存在的缺点主要是，当发动机工作状态改变时，容易引起座舱工作不稳定，使座舱压力和温度的动态调节性能受到一定影响。另外，在飞行高度增加时，由于高空空气稀薄，压气机产生的增压空气难以保证座舱余压的需要，所以这种结构形式的座舱有飞行高度的限制，它适用于飞行高度在20km～25 km以下的飞机，所以对民用飞机是很适合的。1

再生式气密座舱又称为自主式气密座舱。它利用安装在飞机上的氧气瓶和冷气瓶作为增压气源，瓶内气体经过调节装置后输入密封舱，用以补充泄漏的空气和消耗的氧气，使用过的空气经再生处理后重新进入座舱。显然，这种气密座舱与外界大气不直接发生关系，使用时不受飞行高度限制，因而它主要应用在飞行高度大于25km的飞机和宇宙飞船上。这是由于在25km以上的高空大气极度稀薄，通过增压系统输人压缩空气来维持舱内压力与温升的耗资巨大。

这种座舱内的气体环境可以保持与海平面相似的气压和气体成分，也可以是充以低气压、高浓度氧的混合气体。气密座舱的增压气源为飞机上的氧气瓶和冷气瓶。氧气和压缩空气分别经供气量调节装置以一定的流量不断地输入座舱，以补偿泄漏的空气和人员消耗的氧气，使座舱内的空气保持适当的压力和含氧量。风扇迫使座舱内的空气不断流过再生装置(包括二氧化碳吸收器和吸湿器)。舱内的二氧化碳、水气和有害杂质等由再生装置滤除和吸收；再生后的空气，经温度调节装置调节后，重新进人座舱，座舱内的气压也由压力调节装置自动调节。

这种气密座舱的使用，理论上可以不受飞行高度限制，它只与飞机上储存的氧气量和压缩空气量有关。再生式气密座舱的主要缺点是：为了避免氧气和再生空气过度消耗，对结构气密性的要求较高；附件设备比较复杂，维护较不便。此外，由于飞行中新鲜空气供应不足，这种座舱内的生活条件比通风式气密座舱差些，它都用在高空高速歼击机或特殊的研究用飞机上，至于客机，既用不着飞那么高，也不可能为全体旅客带那么多的氧气和压缩空气，所以都采用大气通风式气密座舱。1

气密座舱是飞机座舱环境控制系统的调节对象，是对乘客和空勤人员提供安全而舒适的生活和工作环境的基本技术保证。

座舱内空气参数符合人体生理卫生标准和一定舒适程度的要求座舱内空气参数，如空气的温度、压力及压力变化率应符合人体生理卫生的要求；同时对于进入座舱空气的流量、流速、湿度、清洁度等都应满足座舱空调通风换气的要求。

座舱具有一定的强度及空调系统工作安全可靠机座舱应能承受飞机的最大余压值。当飞行状态及环境大气条件突然变化时，空调系统应能安全可靠地工作；如系统供气压力及温度突然改变，或受到振动等作用时，空有空气的湿度、清洁度等，对它们的要求主要是基于满足人体生理卫生要求出发的，应能为乘客和空勤人员提供安全而舒适的生活和工作环境。

根据航空医学要求，最舒适的座舱温度为20℃～22℃，正常保持在15℃～26℃的舒适区范围内。人的热感觉与人体的散热有关。环境空气的温度、相对湿度、空气流动速度(风速)及周围物体温度等因素紧密联系、相互制约，共同影响着人体通过对流、辐射和传导的散热量，因此评价人体对热环境的感受不能仅根据气温或其他某一单一因素的影响，空调系统中，常用有效温度(E虢ctive Temperature)来指示人在不同温度、湿度和风速的综合作用下所产生的温热感觉的指标。它是以相对湿度为100%、风速为零的条件下，产生同样温热感觉的气温来表示的，即有效温度是根据散热量相等(同等的温热感觉)的条件，将不同温度、相对湿度和风速折算为静止饱和空气的温度，它是根据人体的主观感觉为基础制订的经验性温度指标。所以，有效温度值和人的热感觉是一致的。根据有效温度要求的座舱温度条件，当穿着冬季服装时，舒适的有效温度范围为16℃～23℃，平均值为18．5℃，美国汽车工程师协会(sAE)推荐常用值为20℃；当穿着夏季服装时，舒适有效温度范围为18℃～26℃，平均值约为22℃，推荐值为21．7℃。另外，座舱内温度场应均匀，无论是垂直方向还是水平方向，与规定座舱温度值的偏差，一般不得超过±3℃。座舱壁、地板和顶部的内壁温度，基本上应保持与舱内温度一致；否则由于热辐射和对流的影响会使乘员感到不舒适。同时，各内壁的温度应高于露点，使其不致蒙上水汽。

对座舱压力有两个方面的要求：一个是使用升限时座舱空气压力的绝对值；另一个是座舱压力变化速率的要求。常用到的与座舱压力有关的参数有以下几个：

(1)座舱空气压力p。使用升限时座舱空气的绝对压力应保证舱内有足够的氧分压，以使在整个飞行过程中，旅客不需要使用氧气设备。根据生理研究，对于一般乘客只要保证吸人空气的压力不小于76．00kPa(570mmHg)就不会产生缺氧症状。常用的座舱空气压力的单位有Pa(帕)、mmHg。

(2)座舱高度。座舱压力也可以用座舱高度表示。座舱高度是指座舱内空气的绝对压力值所对应的标准气压高度，单位为m。对应于座舱空气压力上限值75．33kPa(565mmHg)，它大约相当于2．4km高度上的大气压力，即称此时的座舱高度为2．4km。座舱压力降低，相应的座舱高度升高。增压座舱的座舱高度随机型而异。现代一些大、中型飞机上，当座舱高度达到(3．05km)相当于10000ft时，通常设有座舱高度警告信号，向机组成员发出警告，它表示座舱压力不能再低，此时必须采取措施增大座舱压力。国际航空运输协会规定，在亚声速客机的典型巡航高度12km(约39000ft)，外界气压约18．67 kPa(140mmHg)，座舱内空气压力维持在75．33kPa(565mmHg)，或相当于座舱高度为2．4 km(8000ft)，这样，在气密增压客机内可以不必按常规使用氧气设备飞行。1

现代飞机大都在空气稀薄的高空飞行．为了保证空勤人员和旅客在高空飞行时的正常工作条件和生理要求，都采用了气密座舱。在气密舱中提供了必需的氧气、空气压力、温度和湿度。为了保证仪表、设备可靠地工作．需要使它的外界环境有一定的压力和温度，因而也需要把它们放在气密舱中。

气密座舱是薄壁结构，它除了受到由于气密要求引起的压差外．也可能还是机身整体受力的一部分。关于座舱增压的一般情况是：当高度低于2 000～3 000 m时，舱内压力与外界一样，不必增压。

对于飞行高度更大的歼击机来说是否要求保持更大的内外压差呢?答案是否定的．因为压差越大，结构强度要求越高，从质量角度来看是不合适的。另外，压差过大，在高空一旦座舱漏气(作战时的可能性更大)，压力迅速下降，会引起驾驶员生理上的不适应而失去知觉，严重的甚至可能危及生命，所以压差也不能过大，有的飞机在作战时还有意把压差减少以防万一。假若以3×104Pa的压差在20 000 m的高度飞行，驾驶舱内的压力只相当于8 000 m高度的标准大气压力，显然驾驶员也是很难忍受的，不过可以通过戴上氧气面罩来克服。3