Отбор воздуха в аэрокосмической технике — это сжатый воздух, отбираемый из ступени компрессора газовой турбины , выше по потоку от ее секций сжигания топлива. Клапаны автоматического управления подачей воздуха и давлением в салоне (ASCPC) отбирают воздух из секций компрессора двигателя низкой или высокой ступени; воздух низкой ступени используется во время работы на высокой мощности, а воздух высокой ступени используется во время снижения и других операций на низкой мощности. [1] [2] Отбор воздуха из этой системы может использоваться для внутреннего охлаждения двигателя, перекрестного запуска другого двигателя, противообледенительной защиты двигателя и планера , наддува салона , пневматических приводов , двигателей с пневматическим приводом, наддува гидравлического резервуара и резервуаров для хранения отходов и воды. Некоторые руководства по техническому обслуживанию двигателей называют такие системы «отбором воздуха заказчиком». [3] [4] [5]
Отбираемый воздух ценен в самолете благодаря двум свойствам: высокой температуре и высокому давлению (типичные значения составляют 200–250 °C (400–500 °F) и 275 кПа (40 фунтов на кв. дюйм) для регулируемого отбираемого воздуха, выходящего из пилона двигателя для использования по всему самолету).
В гражданских самолетах основное применение отбираемого воздуха заключается в обеспечении давления в салоне самолета путем подачи воздуха в систему контроля окружающей среды . Кроме того, отбираемый воздух используется для предотвращения обледенения критических частей самолета (например, передних кромок крыла ). [6]
Отбор воздуха используется во многих системах самолетов, поскольку он легкодоступен, надежен и является мощным источником энергии. Например, отбор воздуха из двигателя самолета используется для запуска остальных двигателей. Резервуары для хранения воды в туалетах находятся под давлением от отбора воздуха, который подается через регулятор давления . [6]
При использовании для наддува салона , отбираемый из двигателя воздух должен быть сначала охлажден, когда он выходит из ступени компрессора при температуре до 250 °C (500 °F), пропуская его через теплообменник типа «воздух-воздух» , охлаждаемый холодным наружным воздухом. Затем он подается в блок машины воздушного цикла , который регулирует температуру и поток воздуха в салоне, поддерживая комфортную среду. [6] Этот процесс противоречит распространенному заблуждению , что воздух в салоне самолетов — это тот же воздух, который подвергается рециркуляции. [7]
Отбираемый воздух также используется для нагрева воздухозаборников двигателя . Это предотвращает образование, накопление, отрыв и попадание льда в двигатель, что может привести к его повреждению. [8]
На самолетах с реактивными двигателями аналогичная система используется для защиты крыла от обледенения методом «горячего крыла». В условиях обледенения капли воды, конденсирующиеся на передней кромке крыла, могут замерзнуть. Если это происходит, нарастание льда увеличивает вес и изменяет форму крыла, вызывая ухудшение характеристик и, возможно, критическую потерю управления или подъемной силы . Чтобы предотвратить это, горячий отбираемый воздух прокачивается через внутреннюю часть передней кромки крыла, нагревая ее до температуры выше точки замерзания, что предотвращает образование льда. Затем воздух выходит через небольшие отверстия в кромке крыла.
На винтовых самолетах обычно используют отбираемый воздух для накачивания резинового чехла на передней кромке, чтобы разбить лед после того, как он уже образовался. [6] [8]
Отборный воздух из компрессора высокого давления двигателя используется для питания реактивных регулирующих клапанов , используемых в составе системы управления полетом военных самолетов семейства Harrier .
Примерно в 1 из 5000 полетов [9] отбираемый воздух, используемый для кондиционирования и наддува, может быть загрязнен химикатами, такими как масло или гидравлическая жидкость. [10] Это известно как событие с испарениями. Хотя эти химикаты могут быть раздражающими, не было установлено, что такие события наносят долгосрочный вред. [11] [12]
Определенные неврологические и респираторные проблемы со здоровьем были анекдотично связаны с воздействием отбираемого воздуха, который, как утверждается, был загрязнен токсичными уровнями на коммерческих и военных самолетах. Это предполагаемое долгосрочное заболевание называется аэротоксическим синдромом , но это не признанный медициной синдром. Одним из потенциальных загрязнителей является трикрезилфосфат . [13]
Было создано много лоббистских групп для поддержки исследований этой опасности, включая Информационный сайт по авиационным органофосфатам (AOPIS) (2001), Глобальный исполнительный орган по качеству воздуха в салоне (2006) и базирующуюся в Великобритании Ассоциацию аэротоксичности (2007). Исследования среды в салоне являются одной из многих функций Группы ACER, [14] но их исследователи пока не установили никакой причинно-следственной связи . [15] [16]
Хотя исследование, проведенное для ЕС в 2014 году, подтвердило, что загрязнение воздуха в салоне самолета может представлять собой проблему, в этом исследовании также говорилось:
Хотя на сегодняшний день нет никаких научных доказательств того, что воздух в салоне самолета был загрязнен до токсичных уровней (превышающих известные безопасные уровни, в ppm, любого опасного химического вещества), суд в Австралии в марте 2010 года вынес решение в пользу бывшей бортпроводницы авиакомпании, которая утверждала, что страдала хроническими респираторными заболеваниями после того, как подверглась воздействию паров масла во время полета в марте 1992 года. [18] Такое тестирование проводится нечасто из-за отказа Boeing устанавливать датчики качества воздуха на своих самолетах, опасаясь судебных исков от экипажа или пассажиров из-за случаев заражения парами, а авиакомпании отказались разрешать бортпроводникам иметь при себе пробоотборники воздуха после того, как Конгресс обязал проводить химические измерения. [19]
FAA аннулировало медицинские свидетельства нескольких пилотов, у которых развились неврологические проблемы после воздействия паров. [20] Судья, который присудил компенсацию работникам пилоту, пострадавшему от токсической энцефалопатии (повреждение мозга) из-за воздействия паров, осудил обструкционизм авиационной отрасли в отношении воздействия паров. [19]
В июле 2015 года пилоты рейса Spirit Airlines были частично выведены из строя из-за паров в отбираемом воздухе. [21]
Системы отбора воздуха использовались в течение нескольких десятилетий в пассажирских самолетах. Недавние усовершенствования в твердотельной электронике позволили заменить пневматические системы питания электрическими системами. В самолете без отбора воздуха, таком как Boeing 787 , каждый двигатель имеет два электрических генератора переменной частоты для компенсации отсутствия подачи сжатого воздуха во внешние системы. Считается, что устранение отбора воздуха и замена его дополнительной электрической генерацией обеспечивает чистое улучшение эффективности двигателя, меньший вес и простоту обслуживания. [22]
Согласно внутренним документам Boeing, исключение использования отбираемого воздуха в качестве источника воздуха для салона также означает «устранение загрязняющих веществ из двигателя, потенциально попадающих в воздух для салона». [23]
Самолет без отбора воздуха достигает топливной эффективности за счет устранения процесса сжатия и декомпрессии воздуха, а также за счет уменьшения массы самолета за счет удаления воздуховодов, клапанов, теплообменников и другого тяжелого оборудования. [24]
ВСУ (вспомогательная силовая установка) не нуждается в подаче отбираемого воздуха, когда основные двигатели не работают. Аэродинамика улучшается из-за отсутствия отверстий для отвода воздуха на крыльях. При работе компрессоров подачи воздуха в салон на минимально необходимой скорости не требуются энергозатратные модулирующие клапаны. Высокотемпературные пакеты машин с воздушным циклом высокого давления (ACM) можно заменить на низкотемпературные пакеты с низким давлением для повышения эффективности. На крейсерской высоте, где большинство самолетов проводят большую часть своего времени и сжигают большую часть своего топлива, пакеты ACM можно полностью обойти, что экономит еще больше энергии. Поскольку отбираемый воздух для салона не отбирается из двигателей, исключается возможность загрязнения моторным маслом подаваемого воздуха в салон. [24]
Наконец, сторонники этой конструкции утверждают, что она повышает безопасность, поскольку нагретый воздух ограничивается отсеком двигателя, а не прокачивается через трубы и теплообменники в крыле и около кабины, где утечка может повредить окружающие системы. [24]