Машина воздушного цикла ( ACM ) — это холодильный агрегат системы контроля окружающей среды (ECS), используемый в самолетах с газотурбинными двигателями под давлением . Обычно самолет имеет два или три таких ACM. Каждый ACM и его компоненты часто называют кондиционером . Процесс охлаждения с воздушным циклом использует воздух вместо фазоизменяющегося материала, такого как фреон в газовом цикле . Конденсация или испарение хладагента не задействованы, а охлажденный воздух на выходе из процесса используется непосредственно для вентиляции салона или для охлаждения электронного оборудования.
Машины воздушного цикла были впервые разработаны в 19 веке для обеспечения охлаждения на судах. Технология представляет собой обратный цикл Брайтона (термодинамический цикл газотурбинного двигателя) и также известна как цикл Белла Коулмена или «воздушный стандартный холодильный цикл».
Обычное сжатие, охлаждение и расширение, наблюдаемое в любом холодильном цикле, в ACM осуществляется с помощью центробежного компрессора , двух воздухо-воздушных теплообменников и расширительной турбины .
Отбираемый воздух из двигателей, вспомогательной силовой установки или наземного источника, температура которого может превышать 150 °C, а давление может составлять около 32 фунтов на квадратный дюйм (220 кПа), [1] направляется в первичный теплообменник. В качестве хладагента в этом воздухо-воздушном теплообменнике используется наружный воздух при температуре и давлении окружающей среды. После охлаждения горячего воздуха он сжимается центробежным компрессором . Это сжатие нагревает воздух (максимальная температура воздуха в этой точке составляет около 250 °C), и он направляется во вторичный теплообменник, который снова использует наружный воздух в качестве хладагента. Предварительное охлаждение через первый теплообменник повышает эффективность ACM, поскольку оно снижает температуру воздуха, поступающего в компрессор, так что для сжатия заданной массы воздуха требуется меньше работы (энергия, необходимая для сжатия газа в заданном соотношении, увеличивается по мере повышения температуры входящего газа).
В этот момент температура сжатого охлажденного воздуха несколько выше температуры окружающей среды наружного воздуха. Сжатый охлажденный воздух затем проходит через турбину расширения , которая извлекает тепло из воздуха по мере его расширения, охлаждая его до температуры ниже температуры окружающей среды (до −20 °C или −30 °C). ACM может производить воздух, охлажденный до температуры ниже 0 °C, даже если температура наружного воздуха высока (что может наблюдаться при стоянке самолета на земле в жарком климате). [2] Работа, извлекаемая турбиной расширения, передается валом на вращение центробежного компрессора пакета и впускного вентилятора, который всасывает внешний воздух для теплообменников во время наземного движения; в полете используется набегающий воздух. Мощность для пакета кондиционирования воздуха обеспечивается за счет снижения давления входящего отбираемого воздуха относительно давления охлажденного воздуха, выходящего из системы; типичные перепады составляют от примерно 30 фунтов на квадратный дюйм или 210 кПа до примерно 11 фунтов на квадратный дюйм или 76 кПа. [1]
Следующий шаг — осушение воздуха. Охлаждение воздуха привело к тому, что содержащийся в нем водяной пар конденсировался в туман, который можно удалить с помощью циклонного сепаратора . Исторически вода, извлеченная сепаратором, просто сбрасывалась за борт, но более новые ACM распыляют воду в воздухозаборники наружного воздуха для каждого теплообменника, что придает охладителю большую теплоемкость и повышает эффективность. (Это также означает, что работа ACM на самолете, припаркованном на взлетной полосе, не оставляет луж.)
Теперь воздух можно смешать в смесительной камере с небольшим количеством некондиционированного воздуха, отбираемого из двигателя. Это нагревает воздух до нужной температуры, а затем воздух выпускается в салон или в электронное оборудование.
Основными производителями ACM являются Honeywell Aerospace , [3] Liebherr Aerospace , [4] Collins Aerospace , [5] и PBS Velka Bites . [6]
Типы машин воздушного цикла можно определить следующим образом:
Оборудование называют по-разному: PAC , air conditioning pack или A/C pack , но отсутствует единообразие и согласие относительно происхождения и значений:
