民机地面气源的需求设计王旭阳【摘要】本文介绍了民机地面气源的设计依据和需求确定方法，并基于440座机典型宽体飞机进行了地面气源的需求设计，与市面上已商业运营的相似飞机进行了对比。对比结果表明本文介绍的设计方法在工程上是可执行的，也是可靠的。【关键词】民用飞机；地面气源：V267；TP311.52：A：2095-2457（2018）24-0021-002DOI：10.19694/jki.issn2095-2457.2018.24.010【Abstract】Designmethodisintroducedtodefinethegroundpneumaticpowerrequirementforcivilaircraft.Andthismethodisappliedtoclassicwidebodycivilaircraftwith440passengers.Resultarecomparedwiththesimilarcommercialaircraftinthemarket.Thecomparisonshowsthattheintroduceddesignmethodisengineeringexecutableandreliable.【Keywords】CivilAircraft；GroundPneumatic0引言地面長时间停机维护，或者侯机阶段，需要维持民机舱内的温度在舒适范围内，以保障长时间机上工作或者等候登机阶段舱内人员的热舒适性。采用机上气源，如发动机引气或者辅助动力装置（APU）引气，将带来极大的地面能源消耗，而且在廊桥附近启动发动机或者辅助动力装置，对机场穿行车辆和人员带来安全隐患。因此一般民用飞机均采用地面气源为座舱供气。在民机空调系统设计过程中，必须明确给出地面气源的匹配需求，以方便航空公司在运营相关机型时，配备供气能力足够的地面气源。1地面气源需求的设计方法地面气源装置（如地面空调车）通过地面低压接头与飞机混合腔连接，混合腔出口为遍布飞机的送风管网。地面气源装置连接地面低压接头后，可为座舱提供特定温度和特定流量的空气，实现舱内温度控制。一般宽体飞机地面接头有两个，业内大多参考MS33562D标准设计，接口内径为8inch（20.32cm）。典型的民用飞机地面气源供气示意图如图1所示。1.1地面气源供气量的限制根据宽体客机典型三舱布局，一般将客舱分为7个温控区域：头等舱（1个）、商务舱（2个）、经济舱（4个）。一般一个温控区域配备左右各一根送风主管，故宽体飞机粗略估计为14根送风主管。按照工程经验，宽体飞机地板以下主送风管路的管径为6inch（15.24cm）。且为抑制管路噪声，主管路内的空气流速不超过15m/s[1]。因此客舱内的总送风体积流量不超过Vmax=3.831m3/s。在标准大气压和24℃温度工况下，空气密度为1.18kg/m3。故客舱的总送风体积流量不超过Qmax=4.52kg/s。1.2地面气源供气需求的设计方法地面气源的供气需求，包括供气温度与供气流量，是随着外界环境温度、舱内热载荷情况而变化的。必须由飞机制造商给出两者的匹配关系，作为航空公司进行机型运营时的操作输入。地面气源提供的制冷或制热量，应满足舱内的温控场景需求。一般需考虑如下应用场景：a）地面冷热天，基于座舱温度控制的稳态工况；b）地面冷热天，基于座舱快速加温和快速冷却的瞬态工况；地面气源供气时，座舱的一维热平衡计算方法如下式所示：Σφi为其他舱内热载荷，包括：通过透明介质（舷窗）进入舱内的太阳辐射量；个人娱乐设施以及灯光等引起的发热量；座舱内外温差的驱动下通过机体结构传到的热量；再循环开启后，再循环风扇带来的热载荷；乘客在舱内活动时的生理发热量；Vcabin为座舱容积；ρ为座舱内空气密度；Cp为空气比热容，一般取1005J/（kg·K）；hA为舱内内饰（座椅）与空气的总换热系数，w/℃；MseatCvseat，为舱内内饰（座椅）的总热容，w/℃；Tseat为舱内内饰（座椅）的平均温度，℃；各热载荷的计算应依据实际机型开展，本文不做讨论。对于稳态工况，不用考虑内饰热容对座舱的影响，即（2）式为零。对于瞬态工况，则必须考虑快速加温或者快速冷却过程中，内饰（座椅）热容对座舱温度的影响。2典型440座级宽体客机的地面气源设计需求设计2.1稳态工况下的地面气源设计需求算例依据上文给出的设计方法，对典型440座机宽体客机的地面气源供气需求进行设计，设计结果如图2所示：其中各曲线的工况定义为：C1—OATISA+30℃，446乘客和机组，个人娱乐设备开启，灯光开启，考虑太阳辐射，再循环风扇开启；C2—OATISA+23℃，446乘客和机组，个人娱乐设备开启，灯光开启，考虑...