Проектирование системы кондиционирования воздуха среднемагистрального пассажирского самолета (стр. 4 из 6)

Т11= 256.845 К

- Температура воздуха в горячей линии на выходе из конденсатора определяется по формуле (3.27) при Т11вл=Т11 и соответствующих значениях параметров:

Т8= 293.404 К

- Температура воздуха на входе в воздухораспределительную сеть ( без учета рециркуляции кабинного воздуха и увлажнения воздуха в кабине экипажа):

Т12=Т11+(Т7-Т8) (3.34)

Т12= 269.032 К или tскв= -3.968 С

Полученная на выходе из установки охлаждения температура tскв является допустимой для данного режима полета, что оговорено в техническом задании (п.4.3.4,в).

Далее посмотрим обеспечивает ли расчетная температура tскв заданный температурный режим в кабине самолета.

Для этого произведем расчет раздельного регулирования воздуха в кабине самолета.

- Уравнение теплового баланса для воздуха подаваемого на охлаждение размещенного в кабине самолета оборудования :

Gобtоб=Gобгtг+Gобхtx (3.35)

Где: Gоб=Gобг+Gобх – суммарный расход воздуха, подаваемый на охлаждение размещенного на борту оборудования, определяемый по тепловыделениям оборудования, Gоб=45 кг/ч; Gобг, Gобх – расходы соответственно горячего и холодного воздуха, подаваемого на охлаждение кабинного оборудования; tоб=5 оС – температура воздуха, необходимая для охлаждения оборудования; tг=80 оC, tx=tскв – температура воздуха в горячей и холодной линии соответственно.

- Уравнение теплового баланса для воздуха подаваемого в пассажирские салоны:

Gпсtk=Gпсгt2+Gпсхtx+Gptp (3.36)

Где: Gпс=Gпсг+Gпсх+Gp – суммарный расход воздуха, подаваемый в пассажирские салоны, определяемый из условия потребности пассажиров и теплового расчета кабины самолета, Gпс=6600 кг/ч; Gпсг, Gпсх, Gp – расходы соответственно горячего, холодного и рециркуляционного воздуха, подаваемого в пассажирские салоны, Gp=0,46Gпс; t2=80 C, tx=tскв, tp=32 оC – температура воздуха в горячий, холодный и рециркуляционной линиях соответственно; tк=20 оС – заданная температура воздуха в пассажирских салонах (и кабине экипажа).

- Уравнение теплового баланса для воздуха подаваемого в кабину экипажа:

Gкэкtк=Gкэкitг+Gкэкхtx+Gувлtувл (3.37)

Где: Gкэк=Gкэкг+Gкэкх+Gувл – суммарный расход воздуха, подаваемый в кабину экипажа, определяемый из условия потребности членов экипажа и теплового расчета кабины самолета, Gкэк=120 кг/ч; Gкэкг, Gкэкх, Gувл – расходы соответсвенно горячего, холодного и увляжняющего воздуха, подаваемого в кабину экипажа, Gувл=0,12Gкэкх; tг=80 С, tx=tскв, tувл=45 оС – температура воздуха в горячей и холодной, увлажнительной линиях.

- Суммарный расход воздуха в горячей и холодной линиях:

Gг=Gкэкг+Gпсг+Gобг

Gx=Gкэкх+Gпсх+Gобх (3.38)

- Суммарный расход воздуха, подаваемый системой отбора в СКВ:

Gскв=Gг+Gх (3.39)

Где: Gскв=3715 кг/ч – расход воздуха, подаваемый системой отбора в СКВ, определяемый из условий потребности пассажиров и членов экипажа, теплового расчета кабины самолета и ограничений по отбору воздуха от двигателя.

Решая совместно нелинейный уравнения (3.35 – 3.39) получим расход воздуха во всех линиях при расчетной температуре tскв. Результаты расчета сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Линия	Г	Х	псг	псх	кэкг	кэкх	обг	обх	увл	рец
G, кг/ч	614	3101	583.4	2981	25.85	79.7	4.806	40.19	14.4	3036

Как видно из таблицы, при данной температуре на выходе из установки охлаждения tскв система кондиционирования воздуха обеспечивает заданный температурный режим в кабине самолета при расходе в холодной линии, т.е. через обе установки охлаждения Gх= 3101 кг/ч, что не превышает заданный ранее расход.

Теперь пересчитаем запас воды в самолете, необходимый для обеспечения нормальной работы увлажнителей воздуха и, следовательно, рассчитанного выше температурного режима в кабине экипажа:

(3.40)

где: Ркэк=Рк=75391 Па – давление воздуха в кабине экипажа;

Рнкэк=2339 Па – давление насыщения при кабинной температуре tк=20 оС.

- Увеличение влагосодержания воздуха в кабине за счет влаговыделения экипажа определяется по формуле (3.31) при nn=3 и соответствующих значениях параметров:

, (3.41)

-Требуемое влагосодержание воздуха после увлажнителя находится из уравнения теплового баланса воздуха в точке смешения воздуха из установки охлаждения Gкэк и воздуха после увлажнителя Gувл:

, (3.42)

- Требуемый расход воды в увлажнителе:

Gвод увл=Gувлdувл, Gвод увл= 9.403 кг/ч (3.43)

- Требуемый запас воды в самолете:

Gвод сам=Gвод увл

Gвод сам= 32.91 кг/ч (3.44)

где:

=3,5 часа – время крейсерского полета самолета, т.е. время работы увлажнителей.

4. Расчет трубопроводов системы кондиционирования

Расчет трубопроводов системы кондиционирования воздуха самолета будем производить по параметрам наиболее нагруженного режима, т.е. стоянки самолета (п.3.1.) Схема СКВ для расчета трубопроводов по участкам приведена на рис.3

Рис. 3. Схема СКВ для расчета трубопроводов

4.1 Определение диаметров трубопроводов

Рассмотрим участок 1-2

Р1-2 = 3.614 бар; t1-2= 128.076 С

Плотность воздуха на участке 1-2 трубопровода:

,

где R=287 Дж/кг - газовая постоянная для воздуха.

По рекомендации методического указания выбираем среднюю скорость воздуха в трубопроводе:

Площадь проходного сечения участка 1-2 трубопровода:

Расчетный диаметр участка 1-2 трубопровода:

По справочной таблице выбирается ближайший к расчетному условный диаметр трубопровода:

4.2 Расчет толщины стенки трубопровода:

- Условие тонкостенности трубы:

(4.4)

где

- внешний диаметр трубы, м; - толщина стенки трубы, м.

- Толщина стенки цилиндрической трубы:

(4.5)

где: Р – давление воздуха в трубе; m=0,0003 – отклонение по диаметру;

=0,9 - коэффициент, учитывающий отклонение по толщине стенки трубы; = 300 МПа предел текучести материала трубы.

4.3 Расчет толщины теплоизоляции трубопроводов по условиям эксплуатации

- Коэффициент теплоотдачи от воздуха в трубе к ее стенке:

(4.7)

где: A=f(t, Re) – коэффициент, зависящий от температуры воздуха в трубе и режима течения; G – расход воздуха через трубу ; F – площадь проходного сечения трубы; dp - расчетный диаметр проходного сечения трубы

(4.8)

где:

- коэффициент теплопроводности материала изоляции АНТМ; t – температура воздуха в трубе; - требуемая температура поверхности изоляции; tcp – температура окружающей среды; - коэффициент теплоотдачи от поверхности теплоизоляции в окружающую среду.

Результаты расчета трубопроводов по формулам п.4 сведены в таблицу 2

Таблица 2.

№участка	Р, Бар	t, оС	, кг/м3	dц, мм	Материал	, мм	из, мм
1-2	3,614	128.076	3,14	100	12Х18Н9Т	0,5	15
3-4	3,614	74.03	3.629	100	АМг-6	0,5	5
5-6	3.889	100.952	3.624	110	АМг-6	0,5	-
7-8	3.733	69.476	3.798	110	АМг-6	0,5	-
9-10	3.733	39.479	1.51	170	АМг-6	0,5	-
11-12	1.063	39.067	1.187	200	АМг-6	0,5	-
13-14	3,614	128.076	3,14	100	12Х18Н9Т	0,5	15
15-16	1.063	80	1.049	210	АМг-6	0,5	-

5. Приращение взлетной массы самолета при установке на нем данной СКВ

От величины взлетной массы Мвзл зависят основные тактико-технические характеристики самолета (дальность, скороподьемность, маневренность, высотность). Учет массы системы кондиционирования Мскв необходим 7на ранних стадиях создания летательного аппарата. Собственная установочная масса системы не равна ее взлетной массе Мвзл, так как она требует затрат энергии для своей транспортировки, работы агрегатов, преодоление аэродинамического сопротивления воздухозаборника и т.д.