Материал: Особенности конструкции и эксплуатации сверх звукового транспортного воздушного судна (на примере самолета Ту-160)

Особенности конструкции и эксплуатации сверх звукового транспортного воздушного судна (на примере самолета Ту-160)

Аннотация

В дипломной работе рассмотрены особенности конструкции и эксплуатации сверх звукового транспортного ВС на примере самолета Ту-160, с целью поддержания заданного уровня безопасности и регулярности полетов, решение проблем по устранению отказов.

Первый раздел работы содержит общие сведения о факторах, влияющих на жизнедеятельность человека в полёте. Во втором разделе приведено техническое описание, и принцип работы, основных агрегатов систем кондиционирования воздуха. В третьем разделе рассмотрена комплексная система кондиционирования воздуха самолёта Ту-160 и произведена оценка надежности системы.

Дипломная работа содержит:

листов пояснительной записки - 79

разделов - 3

таблиц - 3

рисунков - 18

использованных источников - 8

Условные обозначения

СКВ - Система кондиционирования воздуха

КСКВ - Комплексная система кондиционирования воздуха

ВС - Воздушное судно

ЛА - Летательный аппарат

АТ - Авиационная техника

ТХУ (ТХ) - Турбохолодильная установка (Турбохолодильник)

ТНУ - Турбонасосная установка

ВСУ - Вспомогательная силовая установка

ПСВП - Пневматическая система весовой подачи (воздуха)

ПОС - Противообледенительная система

ВВТ - Воздухо-воздушный теплообменник

ВВР - Воздухо-воздушный радиатор

ТО - Техническое обслуживание

ТЭ - Техническая эксплуатация

ОТО - Оперативное техническое обслуживание

ПТО - Периодическое техническое обслуживание

САРД - Система автоматического регулирования давления

СРД - Система регулирования давления

УВЗ - Установка воздушного запуска

АТБ - Авиационно-техническая база

СУ - Силовая установка

ГК - Гермокабина

АЗС - Автомат защиты сети

ЭТД - Эксплуатационно-техническая документация

УРВ - Указатель расхода воздуха

РТА - Регулятор температуры автоматический

РТО - Регламент технического обслуживания

РТЭ - Руководство по технической эксплуатации

Оглавление

Введение

. Факторы, влияющие на жизнедеятельность человека в полёте

.1 Основные свойства земной атмосферы

.2 Влияние высотных полётов на организм человека

.3 Влияние на человека теплового воздействия и влажности окружающей среды

.4 Влияние высоты и скорости полета на авиационные системы охлаждения воздуха. Работоспособность авиационных систем охлаждения по высоте и скорости полета

. Основные агрегаты авиационных систем кондиционирования воздуха

.1 Теплообменные аппараты

.1.1 Воздухо-воздушные теплообменники

.1.2 Канальные воздухо-воздушные теплообменники

.1.3 Воздухо-жидкостные испарительные теплообменники

.1.4 Воздухо-водовоздушные испарительные теплообменники (ВВИТ)

.1.5 Особенности теплообменника-конденсатора

.2 Турбохолодильники

.2.1 Конструкция и принцип работы турбохолодильника

.2.2 Требования, предъявляемые к турбохолодильникам

.3 Элементы специального назначения

.3.1 Заслонки регуляторов температуры воздуха в гермокабине

.3.2 Влагоотделители

.3.3 Увлажнители воздуха

.3.4 Фильтры

.3.5 Воздухопроводы

. Комплексная система кондиционирования воздуха самолёта ТУ-160

.1 Назначение и состав

.1.1 Характеристика системы

.2 Управление и контроль, за работой комплексной системой кондиционирования воздуха

.2.1 Панель системы регулирования давления

.3 Работа системы КСКВ на земле и в воздухе

.3.1 Система регулирования давления воздуха в гермокабине

.3.2 Система отбора и подачи воздуха

.3.3 Система предварительной подготовки и распределения воздуха

.3.5 Система кондиционирования воздухом защитного снаряжения экипажа

.3.6 Система обогрева отсека ВСУ

.3.7 Система охлаждения аппаратуры переднего технического отсека

.3.8 Система охлаждения аппаратуры средних и заднего технических отсеков

.3.9 Система кондиционирования воздухом грузовых отсеков

.3.10 Система наддува заднего технического отсека

.3.11 Отказы и неисправности системы КСКВ самолета Ту-160

Выводы и рекомендации

Список использованной литературы

Введение

Создание систем кондиционирования ВС необходимо для нормальной жизнедеятельности человека при полёте в самолётах на больших высотах.

Практика знает множество примеров отказов СКВ, приведших к созданию неблагоприятных условий для членов экипажей, инцидентам и даже катастрофам. Так, под Афинами 14 августа 2005 года разбился самолёт Boeing 737 авиакомпании Helios Airways, совершавший рейс 522 Ларнака-Афины-Прага. Причиной трагедии стали неполадки в подсистеме наддува, что привело к недостаточной герметизации салона при наборе высоты. В результате кислородного голодания все пассажиры и члены экипажа потеряли сознание, после чего самолёт разбился. Существует похожий случай, произошедший 25 октября 1999 года. Известный американский гольфист Пэйн Стюарт погиб в результате катастрофы чартерного самолёта Learjet, совершавшего перелёт из Орландо в Даллас. Причиной стал закрытый клапан отбора воздуха в системе СКВ, и как следствие - кислородное голодание и потеря сознания. Самолёт, пролетев 2500 км на автопилоте, упал после израсходования топлива.

Как видно из примеров, вопросы понимания конструкции, принципа работы, слабых мест систем кондиционирования воздуха очень важны для поддержания заданного уровня безопасности и регулярности полётов.

Система кондиционирования воздуха, как и другие системы, должна соответствовать требованиям нормативных документов, и, в частности, по расходу воздуха, давлению и скорости его изменения, температуре, влажности, газовому составу, скорости движения воздуха в гермокабине в ожидаемых условиях эксплуатации на земле, а также на всех этапах и режимах полёта.

Принцип работы состоит из следующих этапов. Сначала происходит отбор воздуха от компрессоров двигателей. Эту функцию выполняет так называемая подсистема отбора или горячая часть системы, где воздух проходит первую стадию охлаждения, понижается его давление и регулируется расход. Затем воздух поступает в систему распределения (вентиляции) или холодную часть системы, где проходит вторую стадию охлаждения, регулирования оптимального количество влаги, уменьшения шума и создания выходной (заданной) температуры перед подачей его в герметичную часть фюзеляжа с параметрами, необходимыми для нормальной жизнедеятельности членов экипажа.

В настоящее время совершенство систем кондиционирования и обеспечиваемый ими уровень комфортности условий в кабине летательного аппарата во время полёта входят в число важных факторов.

1. Факторы, влияющие на жизнедеятельность человека в полёте

Человеческий организм достаточно хорошо приспособлен к разнообразным, но вполне определённым условиям среды обитания на земной поверхности. Однако полёты в земной атмосфере на воздушных шарах, начавшиеся в 1783 г., показали, что подъём на высоту может быть опасным для жизни. Человеку для совершения таких полётов необходимы специальные защитные средства. Для создания соответствующих эффективных средств потребовалось изучение особенностей условий полёта и способностей человека к преодолению воздействия неблагоприятных факторов.

1.1 Основные свойства земной атмосферы

Воздушная оболочка, образующая атмосферу Земли, по данным последних исследований, простирается до высот 2...3 тыс. км [2]. Теоретическая граница атмосферы - граница удерживания земным притяжением газовых частиц - лежит на высоте 28 тыс. км над полюсами и 42 тыс. км над экватором. Масса земной атмосферы составляет одну миллионную долю массы Земли и оценивается в 5,27·10¹⁸ кг. В нижнем слое атмосферы высотой 5,5 км сосредоточена половина всей её массы, а в нижнем слое высотой 20 км - 94 %.

Земная атмосфера в основном состоит (без учёта водяных паров) из азота (78,09 % по объёму), кислорода (20,95 %), аргона (0,93 %) и углекислого газа (0,03 %). Такой состав сохраняется неизменным до высот 80...100 км, в связи с чем данный слой называют гомосферой. Выше располагается гетеросфера - слой, где состав воздуха изменяется с изменением высоты. Под действием космического излучения молекулы компонентов воздуха разрушаются, и вещества переходят в атомарную и ионизированную форму. На высотах до 800 км главным газовым компонентом является атомарный кислород, а на высотах более 900 км преобладающими становятся водород и гелий, после чего земная атмосфера постепенно переходит в межпланетный газ.

Наличие водяных паров в самых нижних слоях атмосферы может быть весьма заметным. Во влажных тропиках водяной пар теоретически может занимать около 10 % объёма воздуха, соответственно тесня все остальные газовые компоненты. Решающим фактором, определяющим содержание водяного пара в воздухе, является сильная зависимость насыщающего влагосодержания от температуры. При +45 °С в воздухе может находиться в парообразном состоянии 65 г/м³ воды, при 0 °С - около 5 г/м³, при -50 °С - только 0,05 г/м³. Учитывая, что в нижних слоях атмосферы её температура быстро понижается с увеличением высоты (градиент равен -6,5 °С/км), можно легко объяснить факт присутствия в атмосфере водяных паров (в том числе и в виде облаков) лишь на малых высотах.

Следует отметить наличие в атмосфере озона - аллотропного видоизменения кислорода, отличающегося от обычной формы наличием трёх атомов в молекуле и образующегося из кислорода под действием коротковолновой ультрафиолетовой части спектра излучения Солнца на высотах 20...60 км. Распределение озона в атмосфере неравномерно, оно зависит от географической широты и, кроме того, имеет четко выраженные сезонные и суточные изменения. В средних широтах максимум концентрации озона наблюдается на высотах 19...21 км и составляет примерно 2,5·10^-4 мг/л.

Озон весьма токсичен для человеческого организма: его предельно допустимая концентрация составляет 2·10^-4 мг/л, что соответствует, например, предельно допустимой концентрации для отравляющего вещества фосгена. Отметим, что на высотах 19...21 км концентрация озона в атмосфере превосходит предельно допустимую ещё до сжатия воздуха (в 7...14 раз), необходимого для создания в кабине летательного аппарата требуемого давления. Следовательно, при полёте на этих высотах требуется защита человека от токсичного воздействия озона. Кроме того, под действием озона обесцвечиваются некоторые красители, а резиновые изделия разрушаются, рассыпаясь в порошок, при контакте в течение 2...4 ч с озоном с концентрацией 0,02...0,03 мг/л.

Экспериментально полученный график изменения температуры воздуха по высоте в атмосфере представлен на (рис. 1). Следует отметить, что показанная на графике высокая температура воздуха на больших высотах (до 1000 К) отражает только высокую скорость движения микрочастиц воздуха на этих высотах (температура является мерой кинетической энергии атомов и молекул вещества) и не вызывает заметного нагрева поверхности летательных аппаратов из-за большой разрежённости газа. Более важными для авиации являются закономерности поведения температуры воздуха на малых и средних высотах.

Рис. 1. Зависимость температуры воздуха T от высоты h в земной атмосфере (штриховкой показаны границы предельных отклонений на высотах до 30 км) [2]

По характеру изменения температуры по высоте атмосферу делят на пять слоёв (рис.1): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Участки перехода от слоя к слою называют паузами: тропопауза, стратопауза, мезопауза, термопауза.

Для получения зависимости давления от высоты необходимо рассмотреть статическое равновесие воздуха в поле гравитационных сил[1].

Для интегрирования уравнения (1.2) и получения аналитической зависимости р от h необходимо знать характер изменения ρ и g по высоте. В частности, для несжимаемой жидкости, например воды, когда g = const и ρ = const, интегрирование даёт линейную зависимость давления от глубины погружения: р = р_о + ρgh, где р_о - давление на свободную поверхность жидкости; h - глубина погружения, отсчитываемая от свободной поверхности вниз.

Если известен характер изменения температуры по высоте, уравнение (2) может быть проинтегрировано. В частности, для тропосферы при

T_h = T_о - αh, (3)

где T_h , Т_о - значения абсолютной температуры на высоте h и нулевой высоте соответственно; α - градиент изменения температуры по высоте, α = 6,5 К/км, получаем

p_h = p_o· , (4)

где p_o - давление на нулевой высоте; g - ускорение свободного падения, g = 9,80665 м/с²; R - газовая постоянная для воздуха, R = 287,05287 Дж/(кг·К).

Для начального участка стратосферы, на котором температура воздуха постоянна,

p_h = p_{o ст}·exp , (5)

где h_{о ст} - высота начала изотермического слоя стратосферы, м; р_{о ст} - давление на высоте h_{о ст}; T_{о ст} - значение абсолютной температуры.

В реальных условиях параметры атмосферы подвержены заметным отклонениям от своих средних значений (сезонным, суточным, метеорологическим и др.). В целях обеспечения сравнимости между собой результатов лётных испытаний авиационной техники, полученных в различных ситуациях, в нашей стране и за рубежом используется так называемая стандартная атмосфера, параметры которой рассчитываются по формулам типа (4), (5) [3]. В качестве констант в ней приняты (помимо уже упомянутых): Т_о = 288 К (t_о = 15 °С); р_о = 101 325 Па (760 мм рт. ст.); h_{о ст} = 11 км; T_{о ст} = 216,5 К (t_{о ст} = -56,5 °С); р_{о ст} = 22 690 Па (170 мм рт. ст.).

1.2 Влияние высотных полётов на организм человека

С ростом высоты, как было показано выше, атмосферное давление понижается. Это является причиной целого ряда неблагоприятных воздействий на человека, но в первую очередь ухудшается обеспечение организма кислородом. Кислород непрерывно участвует во всех жизненно важных процессах и доставляется ко всем органам, тканям и клеткам с помощью систем дыхания и кровообращения. Человек может обходиться без пищи более месяца, без воды - до двух недель, а без кислорода смерть наступает в течение нескольких минут.

При дыхании воздух через носоглотку, трахею и бронхи попадает в лёгочные альвеолы (диаметром около 0,2 мм), густо оплетённые капиллярными кровеносными сосудами. Через очень тонкие стенки сосудов (0,003...0,004 мм), представляющие собой полупроницаемые мембраны, происходят насыщение крови кислородом О₂ и удаление углекислого газа СО₂ в воздух. Общая поверхность альвеол достигает 90...120 м². Кровь, насыщенная кислородом, доставляет его тканям организма и, обогатившись углекислым газом, вновь поступает в лёгкие.

Передача кислорода и углекислого газа по всему тракту систем дыхания и кровообращения подчиняется законам диффузии, т.е. происходит под действием разности парциальных давлений. Парциальное давление - это часть общего давления смеси, обусловленная наличием в ней данного компонента (такое давление имел бы газ, входящий в состав смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре). Сумма парциальных давлений всех компонентов составляет полное давление газовой смеси (закон Дальтона). Следовательно, парциальное давление пропорционально объёмной концентрации рассматриваемого вещества. В частности, для кислорода в атмосферном воздухе