Hệ thống điều hòa không khí trên máy bay

Thiết bị tuabin lạnh hoặc Máy chu trình khí và thiết bị trao đổi nhiệt thứ cấp

Trái tim của hệ thống điều hòa chu trình không khí là cụm tua-bin làm lạnh, còn được gọi là the air cycle machine (ACM). Nó bao gồm một máy nén được dẫn động bởi tuabin trên một trục chung. Luồng khí của hệ thống từ bộ trao đổi nhiệt sơ cấp vào phía máy nén của ACM. Khi không khí bị nén, nhiệt độ của nó tăng lên. Sau đó nó được đưa đến bộ trao đổi nhiệt thứ cấp, tương tự như bộ trao đổi nhiệt sơ cấp nằm trong ống dẫn Ram – Air. Nhiệt độ cao của khí nén ACM tạo điều kiện dễ dàng trao đổi nhiệt năng với Ram – Air. Không khí của hệ thống được làm mát, vẫn chịu áp suất từ ​​dòng không khí của hệ thống liên tục và máy nén ACM, thoát ra khỏi bộ trao đổi nhiệt thứ cấp. Nó được dẫn vào phía tuabin của ACM. Góc nghiêng của tuabin ACM lấy ra nhiều năng lượng hơn từ không khí khi nó đi qua và truyền động tuabin. Khi đi qua, không khí được phép mở rộng tại cửa ra ACM, và được làm mát hơn nữa. Tổn thất năng lượng tổng hợp từ không khí đầu tiên dẫn động tuabin và sau đó mở rộng ở cửa ra tuabin làm giảm nhiệt độ không khí của hệ thống xuống gần như đóng băng. [Hình 6]

Nguồn nước

Không khí mát từ máy chu trình không khí không còn giữ được lượng nước có thể có khi máy còn ấm. Một bộ tách nước được sử dụng để loại bỏ nước khỏi không khí bão hòa trước khi nó được đưa vào khoang máy bay. Bộ phân tách hoạt động không có bộ phận chuyển động. Không khí sương mù từ ACM đi vào và bị ép qua một chiếc fiberglass sock để ngưng tụ và kết tụ sương mù thành những giọt nước lớn hơn. Cấu trúc bên trong phức tạp của thiết bị phân tách cuốn không khí và nước. Nước đọng lại ở các mặt của bộ tách và thoát xuống và ra khỏi thiết bị, trong khi không khí khô đi qua. Một van rẽ nhánh được kết hợp trong trường hợp tắc nghẽn. [Hình 7]

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ cabin

Hoạt động hệ thống điển hình

Hầu hết các hệ thống kiểm soát nhiệt độ cabin đều hoạt động theo cách tương tự. Nhiệt độ được theo dõi trong cabin, buồng lái, ống dẫn khí điều hòa và ống dẫn khí phân phối. Các giá trị này được đưa vào bộ điều khiển nhiệt độ, hoặc bộ điều chỉnh nhiệt độ, thường được đặt trong khoang điện tử. Một bộ chọn nhiệt độ trong buồng lái có thể được điều chỉnh để nhập nhiệt độ mong muốn. [Hình 9] Bộ điều khiển nhiệt độ so sánh các tín hiệu nhiệt độ thực tế nhận được từ các cảm biến khác nhau với đầu vào nhiệt độ mong muốn. Mạch logic cho chế độ đã chọn xử lý các tín hiệu đầu vào này. Một tín hiệu đầu ra được gửi đến một van trong hệ thống điều hòa chu trình không khí. Van này có các tên khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất máy bay và thiết kế của hệ thống kiểm soát môi trường (tức là van trộn, van điều khiển nhiệt độ, van khí nén). Nó trộn không khí ấm đã qua quá trình làm lạnh chu trình không khí với không khí lạnh do nó tạo ra. Bằng cách điều chỉnh van để đáp ứng tín hiệu từ bộ điều khiển nhiệt độ, không khí có nhiệt độ đã chọn sẽ được đưa đến cabin thông qua hệ thống phân phối không khí.

Điều hòa không khí theo chu trình hơi

 

Nhiệt là một biểu hiện của năng lượng, thường được đo bằng nhiệt độ. Nhiệt độ của chất càng cao thì chất đó càng chứa nhiều năng lượng. Nhiệt luôn chuyển từ nóng sang lạnh Các thuật ngữ này biểu thị lượng năng lượng tương đối có trong hai chất. Họ không đo lượng nhiệt tuyệt đối hiện có. Không có sự khác biệt về mức năng lượng thì không có sự truyền năng lượng (nhiệt).

 

Việc thêm nhiệt cho một chất không phải lúc nào cũng làm tăng nhiệt độ của chất đó. Khi một chất thay đổi trạng thái, chẳng hạn như khi chất lỏng chuyển thành hơi, nhiệt năng sẽ được hấp thụ. Đây được gọi là nhiệt tiềm ẩn. Khi một hơi ngưng tụ thành một chất lỏng, nhiệt năng này sẽ được tỏa ra. Nhiệt độ của một chất không đổi trong quá trình thay đổi trạng thái của nó. Tất cả năng lượng được hấp thụ hoặc tỏa ra, nhiệt lượng tiềm ẩn, được sử dụng cho quá trình thay đổi. Khi quá trình thay đổi trạng thái hoàn tất, nhiệt thêm vào một chất làm tăng nhiệt độ của chất đó. Sau khi một chất chuyển trạng thái thành hơi, sự tăng nhiệt độ của chất hơi gây ra bởi nhiệt lượng tăng thêm được gọi là quá nhiệt.

 

Nhiệt độ mà một chất chuyển từ thể lỏng thành hơi khi có thêm nhiệt được gọi là nhiệt độ sôi của chất đó. Đây là nhiệt độ tương tự mà tại đó hơi ngưng tụ thành chất lỏng khi loại bỏ nhiệt. Điểm sôi của bất kỳ chất nào thay đổi trực tiếp theo áp suất. Khi tăng áp suất lên chất lỏng, nhiệt độ sôi của nó tăng lên và khi giảm áp suất lên chất lỏng, nhiệt độ sôi của nó cũng giảm. Ví dụ, nước sôi ở 212 ° F ở nhiệt độ khí quyển bình thường (14,7 psi). Khi tăng áp suất trên nước lỏng lên 20 psi, nó không sôi ở 212 ° F. Cần nhiều năng lượng hơn để vượt qua sự gia tăng áp suất. Nó sôi ở khoảng 226,4 ° F. Các ngược lại cũng đúng. Nước cũng có thể sôi ở nhiệt độ thấp hơn nhiều chỉ đơn giản bằng cách giảm áp suất trên nó. Với áp suất chỉ 10 psi trên nước lỏng, nó sôi ở 194 ° F. [Hình 11]