澳门新葡萄京娱乐场“全塑料飞机”B787首航体验

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与现有的民航客机相比,波音787既不更大也不更快,然而10月26日它的首次商业飞行仪式,却办得无比隆重。

Air Management system of Modern Trunk
Liner中国航空附件研究所路多黄纯洲摘要:本文介绍了以波音777为代表的现代干线客机的空气管理系统,对四轮式空气循环制冷系统的性能特点做了重点说明,并分析了干线客机空气循环制冷系统的未来发展趋势。关键词:空气管理系统空气循环制冷系统波音777干线客机空气管理系统的主要功能是为飞机座舱和设备提供调节空气,满足其冷却、加热、增压和防冰要求,主要包括引气、座舱压力调节、座舱温度和空气调节、电加热、发动机和机翼防冰等系统,还有使用蒸发循环技术的空气冷却器,供飞机储存食品使用。一、数字引气系统现代干线客机的引气系统一般都是从发动机的中压和高压压气机两级引气,也可从辅助动力装置引气,在地面时由APU或地面气源提供,为座舱空调、增压、发动机交叉起动、气动液压泵、热防冰以及各种气动设备提供高温压缩空气。数字式引气系统的关键部件包括数字式控制器、中压级引气活门、高压级活门、预冷器、调压关断活门和流量控制活门等。有一些飞机的引气系统中还有空气净化器,用于在地面和低空飞行时清除发动机引气和地面气源中的杂质。设计特点:数字式引气系统自动选择从发动机压气机高压或中压级两级引气,减少了发动机的功率损失。用预冷器冷却引气,并自动调节供气温度。供气压力由压力调节器/关断活门预调。发动机引气预调后通过连通管汇合在一起。在正常情况下,一台发动机引气供给一套空调组件。在失去一台发动机引气的情况下,其他发动机可向两套空调组件供气。控制器监控引气系统的各个开关和传感器。信息通过ARINC429或629数据总线传送到驾驶舱信号器和中央维护计算机。系统有供气泄漏检测装置和机内自检装置,能隔离95%的外场可更换单元故障。二、数字式座舱压力调节系统数字式座舱压力调节器代表了座舱压力调节器的发展方向,它由一个选择器板、两个座舱压力自动调节器、一个排气活门和作动器组件、两个正释压活门和两个负释压活门组成。系统有三条独立的控制通道:两条自动控制通道和一条手动控制通道。每条都可以单独控制座舱压力。控制通道由选择器板上的状态选择旋钮开关选择。两个相同的座舱压力调节器对应两个自动控制通道。一个调节器工作时,另一个处于备用状态。排气活门上装有三个电机,利用任何一个电机都可以操纵排气活门。两个交流电机用于自动控制,分别有两个压力调节器操纵,还有一个直流电机是在手动控制时由选择器板上的手动旋钮直接操纵。在手动控制状态下,自动控制通道的电源断开。排气活门可在机外拆除。数字式座舱压力调节系统有自检测装置,可以快速检测故障。数字式座舱压力控制系统的控制部分的主体是数字电路,执行机构是电动排气活门。数字式座舱压力调节器具有自动化程度高的特点,飞行员只需在飞机下降前选定着陆机场高度并进行气压修正。飞行中由机载大气数据计算机提供飞行高度数据,控制部分与执行机构配合,按照预制逻辑程序和预定座舱高度变化速度而获得相应的座舱高度。三、座舱温度和空气调节系统座舱温度和空气调节系统的核心系统是提供冷却空气的空气循环制冷系统。目前在国外干线客机上使用的空气循环制冷系统见表1。从表1中可以看出,比较先进的飞机使用的是高压除水三轮式空气循环制冷系统,而波音777使用的是四轮式空气循环制冷系统,这代表了干线客机环控系统近期的发展水平和方向。波音777的空气循环制冷系统包括:两个相同的空气循环制冷包;用于提供个别座舱区域温度控制的掺混空气系统;精确调节制冷包空气流量的流量控制活门;两个座舱温度控制器;用于系统控制和机内自检测的所有活门和传感器。四轮式空气循环机是通过一个连杆把空气循环机的四个转子和两个轴段连接在一起运转,用精密的调节装置使所有的转子和轴部件径向校准,用一对空气动压轴承支撑部件运转,用一对空气动压止推轴承限制轴向运动。空气循环制冷系统从发动机引入高温高压气体,通过流量调节活门进行流量控制,并分为两路,一路作为用于控制座舱温度的热掺混空气,另外一路气体通过主换热器进入压气机增压,然后流入次级换热器。流出次级换热器的气体通过回热器,进入冷凝器内,被来自一级涡轮的低温空气冷却,然后进入水收集器除水。气体通过水收集器内的高压水分离器除去水分,通过回热器预热后进入一级涡轮,以提高涡轮性能,然后再通过冷凝器,作为冷凝器的冷源。气体从冷凝器冷边出来后,进入第二级涡轮,被膨胀冷却,提供给座舱。制冷包调节的冷却空气与热路空气混合,通过座舱温度控制器控制冷、热路空气的混合比例来控制座舱温度。波音777的区域温度控制将飞机座舱分为一个驾驶舱区和6个客舱区。每个区域都有一个区域掺混空气调节活门实现区域温度控制。左制冷包的部分冷却空气直接与热掺混空气混合,给驾驶舱提供100%的新鲜空气。剩余的左制冷包冷却空气与右制冷包的全部冷却空气进入空气混合管路,与来自地板下风扇的座舱空气混合。混合管路中出来的空气与热掺混空气混合后进入区域供气管道。压力调节与关断活门确保掺混空气压力高于座舱压力5PSI左右。限制此压差主要是为了防止掺混空气流入座舱时由于压差过大而产生噪音。技术特点有以下几点。空气循环机起动性能好。在一般干线客机使用的三轮式空气循环制冷系统中,沿引气的流动路径,冷却涡轮位于压气机的下游,因而会导致引气首先流过压气机,由于压气机与涡轮结构不同,会造成制冷包难以起动。波音777在系统内设置有经济制冷单向活门,此活门与压气机并联,当制冷包起动时允许气体旁通压气机;当经济制冷单向活门打开时,空气可直接从主换热器出口流到次级换热器进口,从而让引气直接冲击涡轮,对涡轮做功,带动空气循环机转动。这种设计改善了空气循环机的起动性能。系统的环境适应能力强。在较低的环境温度下,座舱温度控制对制冷的需求较少,此时飞机座舱温度控制转为以经济方式运行。在经济制冷方式下,经济制冷活门打开,气体可直接流到二级冷却涡轮。在经济制冷方式下,CTC可通过调节涡轮旁通活门及冲压空气门的开度控制制冷包的输出温度。经济制冷活门允许空气旁通一级涡轮,使制冷包在较低的进口压力下提供较高的流量。在高空,经济制冷活门也会打开,以保证在进口压力很低的情况下,制冷包有足够的空气流量。这种设计使冷却空气在各种工作环境下都有足够的供气量。系统可靠性高。独特的四轮式制冷包结构设计,克服了冷凝器的冻堵问题。使用空气轴承支撑涡轮和压气机转子,使高速运转的空气循环机的性能和可靠性得到提高。座舱超温是飞机座舱空气调节系统的常见故障,而波音777空调系统可通过控制冲门、低限活门及涡轮旁通活门开度来调节制冷包的出口温度。制冷包温度控制与引气温度控制的关联性是波音777飞机限温控制的一大特点。波音777空调系统使用了智能化的数字式控制系统,当空气循环机、冲压门、低限活门等部件发生故障时,通过改变控制方式,使系统”重构”,克服故障,确保系统在特定条件下工作,不会立刻导致系统保护性关断,使系统的可靠性得到了很大提高。
四、电加热设备飞机在高空低速飞行、冬天地面停机、滑行和低空低速飞行时,需要大容量的加热系统来补偿传向机外的热损失,以维持舱内适当的温度。座舱内靠近乘员的冷表面也需要加温,以增加人的舒适感。包括正在研制的A380在内的现代干线客机上一般都装有由电阻元件组成电加热器对供气加温的电加热系统。电加热系统包括:选择器板、座舱温度传感器、加热器控制器、电加热器。设计特点:电加热系统的所有部件通过控制器来监控,都不需要定期维护。控制器本身装有机内自检装置。通过控制器的内部表面温度监控实现过热保护。根据区域温度要求,进行全自动温度控制。在不需要配平管道的情况下,增加区域温度控制。可独立工作,也可以和飞机空调系统综合。五、发动机和机翼热防冰系统干线客机的发动机和机翼热防冰系统使用发动机引气作为热源,热空气被送到机翼前缘和发动机短舱前缘整流罩内部的喷管或喷嘴中,热空气冲击内侧表面,防止结冰。在波音777以前设计的飞机上,用标称引气温度来设置防冰气流速率,在高于标称引气温度的条件下,将会传送过量的防冰热量,因此浪费很多能量。波音777机翼和发动机防冰系统控制器与飞机主结冰探测系统连接,在探测到结冰时,系统自动开通防冰气流,这样就会避免防冰系统不必要的操作,减少引气损失。此外,波音777防冰系统还有机内自检功能。六、
空气冷却器
空气冷却器用于干线客机的厨房中,为长途旅行的乘客储存新鲜的食品。设计特点:使用蒸发循环制冷技术,制冷剂为R134a,制冷量为2000W,使用涡旋式或离心式压缩机。电源为115V
AC、400HZ、3相,控制器电源为28V
DC,自动除霜。冷却器出口温度为-2℃噪音低、重量轻、便于维护。七、空气循环制冷系统的发展趋势近期目标。通过对空气循环制冷系统的不断改进,提高空气循环机的效率,降低运行成本和系统重量;通过提高控制器的性能,使系统工作优化,降低燃油消耗;通过改变控制方式,增加系统的工作模式,使系统”重构”,克服故障,提高系统的可靠性;提高系统健康监控能力,降低维修费用。中期目标。把一些革命性的概念应用到现行的飞机子系统结构中,在更大程度上降低成本和提高性能。从发动机引气对发动机的性能会产生很大的影响,所以正在对大幅减少引气甚至是取消引气的概念进行验证或探讨。比如,在多电飞机计划中,用电驱动的压气机把新鲜空气压缩,提供给空气循环系统,并给座舱增压。另外,还有把燃油作为热沉的概念也在验证中。因为油箱中有大量的冷油可以用来吸收热量,而且面积很大的机翼表面也可以散热。这样做的好处是取消了冲压空气阻力。在民用飞机方面开始采用综合环境控制系统,即空气循环系统与辅助动力装置结合。辅助动力装置是一个气压源,为发动机起动和座舱的加温和冷却提供压缩空气,并作为飞机的电源;环境控制系统则为飞机的加温、冷却、增压和防冰系统提供调压和温控的空气。远期目标。把环境控制系统与飞机上的其他系统综合在一起。目前正在研究的是把APU、空调和增压、发电和液压综合为一个系统,从控制、能量、功能和物理上实现全面综合。这项计划原来是准备用于军机的,但是适用于民机的类似研究也在进行之中。

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波音787亦称梦幻客机,是波音公司最新型号的广体中型客机,现时由波音民用飞机集团负责开发,于2011年投入服务。787可载210至330人,视乎座位编排而定。燃料消耗方面,787比以往的产品省油,效益更高。此外在用料方面,787是首款主要使用复合材料建造的主流客机。结构特点使用情况结构特点

买下最先下线的两架787的日本最大航空公司全日空,在其中一架装进240名乘客,然后将他们从东京送到香港。一个美国人花了31781美元,在eBay上拍到一个商务舱座位。

广体机,机内两行通道。比其他民航机拥有更大的窗户,窗的位置亦更高。乘客可以看见地平线。窗中以液晶体调校机舱的光暗,减少窗外射入的眩光及维持透明。

在成田机场,经过一番致辞、祝酒、鞠躬和套话的累人礼仪之后,这架“梦幻客机”终于上路了。四小时后着陆香港时,迎接它的是更多的拱形水柱、舞龙舞狮和热烈鼓掌。

机舱内以发光二极管提供照明,取代萤光管,节省约一半电力消耗。机舱气压以电动的空气压缩机维持,不使用引擎压缩段带入的高压空气;加上机身物料的空气密封功能,比旧款民航机更能保持机舱湿度。

这台机器果然能飞起来,而且相当舒服。客舱内很安静、通风而且宽敞,尽管这一架选用的是264座的国内航班配置—

机内用以太网络提供驾驶室及各部分的资料通讯。无高压分气系统的涡轮扇引擎,减少各式高压热空气管道,以电力系统取代。

波音原定于3年前交货,但一连串的挫折导致该公司屡屡延期,并蒙受了数十亿美元的损失。

使用情况

787首航成为盛事的原因,是这是一种真正革命性的飞机——第一款塑料民航机;包括机身和机翼在内的过半基本框架,均由碳纤维增强塑料等新型复合材料制成,而不是传统的铝合金。

最早于2005年1月28日,787在拥有正式名称之前,被称为7E7。在2006年4月26日,即研发计划推出的一年后,波音在787客机的外观设计作出改动,包括机鼻长度被改短。

新材料使787变得更轻巧从而更经济。它是污染最小的民航机之一,二氧化碳排放量减少了20%;这主要是通用电气和劳斯莱斯开发的新一代发动机的功劳。全日空挑选的是其中功率强大的Trent1000型。

波音787于2009年12月15日进行首次测试飞行。2013年1月16日,由于连续出现安全故障,美国联邦航空局宣布暂时停飞所有波音787“梦幻”客机。

讽刺的是,导致生产延误的原因之一,是坚固件——螺丝、螺母、夹件和铆钉等的全球紧缺,尽管787的整体式机身使它减少了四五万个坚固件。相比一架747需要钻100万个洞,787只需钻1万个不到。

由于新材料不会发生疲劳或腐蚀,“梦幻客机”的维修保养成本也比传统客机减少三成。它在飞行12年后,才需要一次大检修。

从乘客角度看,787的创新主要在三大方面。由于塑料机身强度增加,客舱舷窗比任何现役或研发中的机型都大——比波音747的舷窗长约8公分,比767的面积大65%。坐中间座位的乘客可以看到地平线。

其好处是不仅改善了机上的景观,也让乘客较不容易晕机、产生欲呕感。波音声称,在这方面787的得分改进了8倍。尽管如此,全日空还是在机上配备了晕机袋。

舷窗使用了会“自动变暗”的智能玻璃,波音称之为“电子窗帘”。只要按一下按键,舷窗就会慢慢变暗,直到几乎完全不透光。老式的下拉式遮阳板消失了。

客舱照明用的是LED灯,据说可以减少乘客的头痛、晕眩和疲劳。其亮度可以按一天中的时辰调节,从而减轻倒时差的不适。

此外,客舱气压增大了——相当于1800米高度的气压,而不是通常的2400米,其结果“可让乘客血液中多吸收8%的氧气”。湿度也增大了,这些都让乘客感觉更舒适。

舱内空气变得更干净。787不再使用引擎抽取的空气(容易受外泄有毒烟雾的污染),而是直接采自大气。这样做同时减轻了发动机的负担。

更轻巧、更高效的787,为中型客机市场带来了大客机才有的经济性。它的油耗比相近尺寸飞机节省两成,在航程和速度上与747相当,可以从东京直飞纽约,而767只能飞到洛杉矶。

目前波音共收到来自56架航空公司的821架787的订单,包括全日空的55架、英航的24架和维珍的15架,总值1450亿美元。到2014年第二条生产线开工时,月产量可望提高到10架,但届时直接竞争对手、空客的A350XWB应该也会投入使用。

如果747的经验可供参考,“梦幻客机”可以飞两代人时间。“珍宝客机”于1970年1月进行跨大西洋首航,而第四代变型机本月刚刚交货。这意味着迟至2051年,787仍将正当盛年。在现代技术领域,能准确预言5年后动向的着实不多,更不用说50年之后了。

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