A320系列飞机空调系统详解

A320系列飞机空调系统详解

A320系列飞机的空调系统是确保飞行安全和乘客舒适度的关键系统之一。它不仅负责调节客舱内的温度和湿度，还承担着通风和增压的重要任务。本文将详细介绍A320系列飞机空调系统的组成、工作原理以及故障处理机制，带您深入了解这一复杂而精密的航空系统。

概述

A320系列飞机在机翼的根部装有两部空调组件，组件位于起落架舱的前面。组件提供空调空气到客舱用于空调、通风和增压。每个组件的主要部件是一个空气循环机。

正常情况下，空调系统控制器ACSC计算所需空气流量，将流量控制活门设定到所需要的位置。

组件温度控制系统控制组件出口温度，设定最高和最低的限制值。

为了控制组件出口温度，ACSC调整旁通活门和冲压空气进气口。

两个组件向混合组件供气，混合组件向飞机上三个独立区域供气：驾驶舱、前客舱、后客舱。

为了减少热引气需求从而节省燃油，飞机上装有两个客舱再循环风扇。风扇在客舱区域收集部分空气到混合组件。正常操作下，在ECAM上没有关于座舱再循环风扇的指示。

ACSC控制并监控客舱温度调节系统。头顶面板上的空调面板上，飞行机组可以选择各区域的温度。提供到客舱温度控制的热空气系统有一个配平压力调节活门和多个配平活门。哪个区域要提高温度，ACSC向相关的空气配平活门发送打开信号该区域温度就会升高。

1. 引气来源

空调系统的引气来源：

• 发动机引气
• APU引气
• 外部空调气源车

发动机引气

在正常航班运行中，使用发动机为空调组件空气。

当一个区域的冷却要求未满足时，如果引气压力过低，区域控制器给两台发动机接口装置（EIU）发送压力需求信号以加快最低慢车并提高引气压力。

APU引气

在地面，发动机关车时，可以使用APU引气给空调供气。当使用APU供气时，空调组件自动选择高流量工作。

在空中，当发动机引气失效时，可以使用APU引气供气，但是由于APU能力有限，给空调供气有升限要求(具体数值以FCOM为准）。

如果 APU 引气活门打开，在任何一区域温度不满足时，空调系统控制器会传送一个需求信号给 APU 的电子控制盒（ECB ），以提高 APU 流量输出。

地面空调车

飞行机组不得同时使用来自组件和来自低压空调车的空气，以防止对空调系统产生任何负面作用。

2. 空调组件原理

两套组件自动操作并相互独立。组件由ACSC控制。

预调后的温暖引气通过组件活门进入冷却通道并且被引入初级热交换器。

然后，冷却引气进入空气循环机的压缩机部分，被压缩为高压，高温。

在主热交换器中空气再次冷却，然后进入涡轮部分，在这里空气膨胀并产生动力，带动压缩机及冷却风扇。

在此过程中所消耗掉的能量引起温度下降，导致低的涡轮排气温度。

空调组件降温主要通过热交换和能量转化实现的。其中，内能转化为机械能是主要的降温因素。

组件流量控制活门

每个空调组件的流量控制活门是电控气动的。流量控制是由空调系统控制器控制的力矩马达来实现。

如果组件压缩器出口温度> 215°C , FCV开始减小流量。

一个压缩器出口温度> 260°C 会导致组件超温警告。

注意：组件的流量控制活门下游的部分热空气， 被送到配平空气压力调节活门 (PRV)。

在探测到交输引气活门在开位时，每个组件的FCV在同侧或对侧发动机起动时会自动关闭。它会在任意一台发动机起动结束后30秒钟重新打开。

热交换器/压缩机

为了预防高温，初级热交换器用来降低进入空气循环机压缩机前从引气系统来的热空气。初级热交换器是使用外部冲压空气进行气—气热交换类型的热交换器。

压缩机提高空气的压力和能量，同时空气温度也有所提高。

冷凝器

冷凝器是一个气—气热交换型交换器，用来把空气温度降低到露点温度以下。空气中的湿气会凝结成水滴。这对于分离出空气中的水分是必要的。

水分离器和引射器

从冷凝器出来的空气被送入水分离器。

导向叶轮使气体速度很高，在离心力的作用下从空气中分离出水。被分离出的水通过水引射器进入冲压空气管路。这样提高了初级和主热交换器的冷却效率。

再加热器

基本不包含水分的空气进入再加热器。再加热器使用从主热交换来的暖空气升高一下从水分离器来的冷空气。使残留在空气中的水在进入空气循环机涡轮前被气化防止损坏涡轮。

涡轮

空气循环机涡轮转换高压空气旋转带动压缩机和风扇转动这样迅速降低空气的压力，降低空气温度0°C 以下(最低到-50°C)。

组件出口温度传感器和安全活门

冷空气再次流经冷凝器。冷气流用来降低进入水分离器前的热空气，使其降低到露点温度以下。冷凝器的下游，ACSC使用组件出口温度传感器来监控组件出口温度。传感器用来在ECAM COND 页面上指示。当温度高于88°C时会触发一条组件超温的警告信息。

组件安全活门，位于冷凝器的下游，为了防止流量控制活门关闭情况下分配系统的空气泄漏。安全活门位于压力隔框上。

旁通活门

根据飞行员在空调面板上的输入和温度选择， ACSC比较选择温度和组件温度。为了调节温度， ACSC向旁通活门的步进电动马达发送一个电信号，当控制活门开大些时，活门会从压缩机的进口旁通到涡轮到出口，来增加组件出口温度。

这种温度控制用于短时间和快速响应控制。

臭氧过滤器

从引气系统来的高压，高温空气通过臭氧过滤器提供到空调组件的流量控制组件，臭氧过滤器用来去除从引气系统来的提供到空调组件的空气中的臭氧。

组件出口压力传感器

ACSC使用组件出口压力传感器来比较客舱压力和涡轮出口压力 。

如果这两个压力值的差值超过限制值时，冷凝器就会开始结冰。

这样，ACSC 就会指令旁通活门开大些，热空气就会直接进入到涡轮的出口管路。热空气就会熔化冷凝器中的冰，这样就会使组件的出口压力值回到正常范围。当压力值低于作动值时，旁通活门又回到正常的温度调节位置。

组件过热探测

为了防止组件过热，ACSC监控压缩机出口温度传感器 。如果温度超过180°C，ACSC 会向冲压空气进气作动筒发送一个信号。这样更多的冷却空气会流经热交换器，过热情况也就消除了。如果还没有消除，ACSC 就会控制流量控制活门关小些，这样就会减少供向组件的热空气。

当温度达到260°C，组件按压电门上的FAULT灯亮。如果飞机在地面，流量控制活门会自动关闭 。

3. 混合组件

混合组件混合了从组件来的和从客舱来的再循环空气，然后分配到各个区域。混合组件安装在客舱地板下，通过再循环风扇经过再循环气滤抽取客舱的已经进入地板下部区域的空气。这部分空气与来自空调组件的空气混合。来自客舱的空气占到37% 到 51% (客舱风扇是恒速，但是从组件流量控制活门来得空气是变化的)。

温度传感器

混合组件上有两个温度传感器。它们给出总管的实际温度提供到ACSCS。驾驶舱混合组件温度传感器连接到ACSC1，客舱的连接到ACSC 2。

每一个总管温度传感器有两个元件， 每一个连接到 ACSC的两个通道中的一个。

混合组件蝶形门

混合组件蝶形门保证在空调组件1选择到关位时，驾驶舱有充足的空气。该蝶形门为电驱动，保证充足的新鲜空气在一号组件故障后能送到驾驶舱 。

配平空气压力调节活门

配平空气压力调节活门是一个电控气动操作的活门，通过一个电磁阀控制。电磁阀控制开/关功能。配平空气压力调节活门调节供到配平空气活门的空气压力，高于客舱内压力4psi 。

开/关功能的电磁阀当HOT AIR电门设置到关位或者任何一个管道温度超88°C时断电，这样就关闭活门。

热空气压力电门

对于配平空气压力调节活门的失效，热空气压力电门发送过压信号到ACSCs 1 和 2用于ECAM 显示，该信号还送到到中央故障显示系统，还用来系统监控。

如果系统内压力超过客舱内压力6.5 psi 时， ACSC 1发送一个故障信号到ECAM.。该信号仍然会存在，即使压力值低于5 psi。

管道温度传感器

每个管道温度传感器探测管道温度来进行相关的区域温度控制，指示和超温探测。每个管道温度传感器有两个传感元件，分别连接到ACSC的两个通道。每一个元件都能进行控制、指示和进行超温探测 88°C 。

在三个供气管道上有任何一个发生超温（温度超过88°C），ACSCs 会自动关闭配平空气压力调节活门和所有的配平空气活门。

区域温度传感器

每个传感器探测相应的区域温度用来进行区域温度控制和在ECAM显示器上显示 。每个区域温度传感器有两个传感元件，一个与ACSC 1 连接，另一个与 ACSC 2连接。

4. 温度调节

温度调节是由ACSC自动控制。

ACSC1调节驾驶舱的温度。

ACSC2调节两个客舱区域的温度。

飞行员使用空调面板上的温度调节旋钮设置温度，一般情况下设置24℃（12点钟方位）。

ACSC通过调节空气活门使温度最优化。温度选择范围从18°C到30°C 。

组件流量控制

飞行机组可以根据旅客人数及外部条件使用 PACK FLOW 选择器来调节组件流量。

不论机组选定何种流量，在下列情况下系统都输送高流量：

• 单组件工作时，
• 若 APU 提供引气，

如果飞行机组选择LO流量且温度要求未满足，则系统会输送正常流量。

ACSC故障的影响

• 一个通道失效：无影响，第二个通道开始工作。
• 双通道失效：相应的组件失效，热空气压力调节活门和相关的配平空气活门关闭。

空气循环机失效

与组件工作正常一样：

• 空调控制器调节与其关联组件的温度，通过调节旁通活门及冲压空气入口折板位置以满足温度调节。
• 空调系统控制器通过配平空气活门调节热空气流量，以优化驾驶舱/客舱温度调节。与组件工作正常相比，此时热气流量因为组件流量减少而减少。

热空气压力调节活门失效

• 在打开位：无影响。
• 在关闭位：最佳调节失去。配平空气活门被驱动至全关闭位。组件1控制驾驶舱温度至所选值，而组件2控制客舱温度 (FWD 以及AFT)至所选温度的平均值。