上海计量院“飞机空气循环制冷机的检测方法研究”项目通过验收

飞机制冷系统就是为冷却飞机座舱和设备舱提供低温空气的环境控制系统，该种系统设计既要满足舱内乘客的温度舒适性，又要增加电子设备的工作可靠性。制冷系统主要由空调组件和组件温度控制系统等组成。空调组件冷却来自气源系统的热空气，并传送至下游的分配系统。组件温度控制系统控制组件出口温度，并防止空调组件内部超温或结冰。

2020年5月底。上海市计量测试技术研究院承担的上海市局科技项目“飞机空气循环制冷机的检测方法研究”(项目编号：2018-15)通过了上海市市场监督管理局组织专家的验收。

该项目针对飞机空气循环制冷机的在线检测方法进行了深入研究，通过建立飞机空气循环制冷机的二维CFD理论模型，预测了制冷系统的温度场和流场，并以此为基础设计和建立了一套高准确度的在线检测系统。项目组采用焓值法对制冷循环进行了理论计算，推导出系统总制冷量的准确计算方法，并评定了系统总制冷量的测量不确定度，结果达到国内领先水平。截至目前，项目组共发表4篇学术论文，已申请发明专利2项，编制了1份飞机空气循环制冷机的在线检测方法。

什么是焓值法

全称空气焓差法或空气焓值法，是一种测定空调机制冷、制热能力的试验方法。它对空调机的送风参数、回风参数以及循环风量进行测量，用测出的风量与送风、回风焓差的乘积确定空调机的能力。“空气焓差法计算制冷量根据焓差法测量制冷能力原理用焓差法测定时 就是在被测空调器的进、出口气流中设置干、湿球温度计 并在空调器出风口装设风量测量装置。

空调器进口空气参数由空气再处理设备或房间空调设备控制以维持室内工况。待工况稳定后 即可对空调器的进、出口空气参数及通过空调器的风量进行测定。参数不是直接测量，需要通过直接测量量：蒸发器进风干球温度、蒸发器进风相对湿度、蒸发器出风干球温度、蒸发器出风相对湿度、冷凝器进风干球温度以及大气压力计算得出。

飞机空气循环制冷

目前大型飞机上都是采用空气循环系统制冷的，该系统由冷热两部分气体管路组成，两支管路的气体都是来自发动机的压气机引气，飞行员根据季节特点及航路中的不同需要，旋转空调面板的温度调节旋钮到合适的位置，温度控制器接到飞行员的输入指令后，与接收到的管道温度传感器和客舱温度传感器进行比较，是加温还是降温，从而控制到达混合室的冷空气和热空气的比例，得到满足人体生理和工作需要的座舱空气。

热通道较简单，就是发动机引来气体中的一部分，经过调节活门直接到达输送到混合腔的通路，各种空气循环制冷系统主要冷路的设计实现上，根据冷路系统中涡轮冷却器的类型可将空气循环制冷系统分成三类：涡轮风扇式、涡轮压气机式及涡轮压气机风扇式。其中涡轮压气机风扇式制冷系统是前两者的组合，结合了前两者的优点。

空气循环制冷系统由压缩空气源、热交换器和涡轮膨胀机等组成。由发动机带动的座舱增压器或者直接由发动及引出的高温高压空气先经过热交换器，将压缩热传给冷却介质(热交换器的冷却介质一般是机外环境空气和燃油)，然后流入涡轮中进行膨胀，并驱动涡轮旋转，带动同轴的压气机或风扇，将热能转化为机械功，空气本身的温度和压力在涡轮出口得到大大降低，由此获得满足温度和压力要求的冷空气，再与热路空气按一定的比例混合后就可以通向客舱提供舒适环境并增压。

为了达到较好的制冷效果，热交换器外围的冷却空气流动的越快，热交换器中需要被冷却的发动机压气机引气的冷却效率越高，将涡轮同轴相连的风扇与热交换器串联在同一条冲压空气管道上，这样通过涡轮将热能转化的机械功驱动风扇转动，加速了热交换器周围冷却空气的流动，就刚好达到提高冷却效率的目的。涡轮风扇式空气循环制冷系统就是这样满足冷路制冷要求的，但由于飞机在高空高速飞行时比在地面及低速飞行时，涡轮风扇式空气循环制冷系统中的风扇做功的负荷减小很多，使得高速飞行时涡轮转数增加，容易产生超转，影响制冷效果并减小涡轮的寿命，故要限制飞行高度。

蒸发循环制冷

自从1877年德国慕尼黑工学院教授林德，发明设计出台以氨为制冷工质的制冷机以来，一百三十年来，其制冷技术原理与工艺方法一直沿革至今，所不同的只是改换了制冷工质，由氨换成了氟里昂，目前又由氟里昂换成非氟制冷工质。蒸发循环闭式系统由蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀等组成，经压缩机压缩后的高温高压的制冷剂以气态进入冷凝器散热降温液化，成为高压液体，根据蒸发器出口的温度调节膨胀阀中的制冷剂的流量，使经膨胀阀后得到的低压液态的制冷剂进入蒸发器，在蒸发器内吸收周围空气的热量，变为低压蒸汽，再进入压缩机，往复循环。从而利用制冷剂状态变化使蒸发器热边的空气得到冷却，冷凝器周围空气得到加热，相当于利用制冷剂做为载体将蒸发器周围空气中的热量“搬运”到冷凝器周围散掉。

蒸发循环制冷系统的冷却效率高，而且在地面条件下有良好的冷却能力，高空高速飞行时有良好的经济性，节省燃油。闭式系统只在少数民用机上使用，主要运用在高性能飞机的电子设备舱冷却方面。

空气循环和蒸发循环的区别：

空气循环制冷系统是以空气为制冷工质，以逆布雷顿循环为基础的;蒸发循环制冷系统是以在常温下能发生相变的液态制冷剂为工质，是建立在卡罗循环的基础上的。空气循环制冷系统通过压缩空气在膨胀机中绝热膨胀获得低温气流实现制冷，其理想的工作过程包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀及等压吸热四个过程，与蒸发循环制冷的四个工作过程相近。两者的区别在于：空气制冷循环中空气不发生相变，无法实现等温吸热;空气的节流冷效应很低，降压制冷装置是以膨胀机代替节流阀。

新闻来源：上海市计量测试技术研究院