Программы изменения давления воздуха в ГК самолетов

Для удобства пассажиров и сохранения работоспособности экипажа в кабинах самолета желательно иметь давление, близкое к давлению атмосферы над уровнем моря. Однако поддержание такого давления в кабинах связано с увеличением перепада давления, вызывающего увеличение толщины обшивки и, следовательно, ее массы. Поэтому в кабинах самолета на период полета создается давление, которое отличается от наземного и изменяется по заданному закону.

Выбор закона изменения давления обусловливается заданными пределами изменения величины абсолютного давления в кабине и скоростью изменения этого давления, крейсерской высотой полета самолета, его скороподъемностью и прочностью ГК.

Ниже рассматриваются возможные программы регулирования давления воздуха в ГК самолетов.

Минимальное абсолютное давление воздуха в герметических кабинах пассажирских самолетов допускается не менее 75,6 кПа, что соответствует по международной стандартной атмосфере (МСА) давлению на высоте 2400 м.

Для других самолетов без применения кислородных приборов для дыхания минимально допустимое значение абсолютного давления в кабине составляет 66,6 кПа. По МСА это соответствует высоте ~3,5 км. Для маневренных самолетов, на которых для дыхания применяются кислородные приборы, величина абсолютного давления должна быть не ниже 41,1...35,7 кПа, что соответствует давлению на высоте 7...8 км в зависимости от длительности полета. При этом члены экипажа, начиная с высоты 3,0…3,5 км должны пользоваться кислородными приборами.

Рис. 3.9. Законы изменения давления в кабинах самолетов

Избыточным давлением называют разность между давлением воздуха в кабине летательного аппарата и давлением атмосферного воздуха Δр_к = р_изб = р_к– р_H.

Избыточное давление воздуха в кабине пассажирских самолетов не должно превышать 62 кПа. На других самолетах максимальное избыточное давление не должно превышать 24,5 кПа. Величина избыточного давления ограничивается прочностными характеристиками кабины.

На рис. 3.9 показаны некоторые законы изменения давления в кабинах самолетов. Кривая 1 характеризует наиболее распространенный закон изменения давления в кабине пассажирского самолета. Здесь давление в кабине до высоты h₃ остается постоянным, равным давлению воздуха на аэродроме, а с высоты h₃, где избыточное давление в кабине р_изб достигает наибольшего значения, до максимальной крейсерской высоты полета h₄ — изменяется по закону:

р_к = р_h + р_изб,

где р_к – абсолютное давление воздуха в кабине; р_h – атмосферное давление воздуха на высоте h. На максимальной высоте полета h₄ в кабине достигается минимально допустимое давление р_{к min}, соответствующее «кабиной высоте», которая определяется в соответствии с физиолого-гигиеническими требованиями.

Кривая 2 характеризуется плавным изменением давления в кабине пассажирского самолета (меньшая скорость изменения давления). Это обеспечивает комфорт при более высокой (по сравнению с другими законами) вертикальной скорости самолета – особенно на малых высотах – при сохранении нормированной скорости изменения давления в кабине. Здесь до высоты h₂ давление в кабине остается равным давлению воздуха на уровне аэродрома, а после достижения высоты h₂ избыточное давление р_изб, растет, достигая максимально допустимого значения на потолке самолета.

Уменьшение скорости изменения давления при подъеме и снижении достигается тем, что в регуляторе давления предусмотрены специальные устройства, обеспечивающие _доп. в пределах всей области регулирования (высота от h₂ до h₄).

Для пассажирских самолетов скорость изменения давления воздуха в герметической кабине должна быть не более 0,667 кПа/с при повышении давления и 1,33 кПа/с – при понижении.

Для высотных маневренных самолетов, где экипаж пользуется индивидуальными средствами обеспечения жизнедеятельности обычно применяется закон изменения давления в кабине по кривой 3. В диапазоне от 0 до h₁ (обычно h₁ = 2000 м), осуществляется свободная вентиляция. На высотах от h₁ до h₅ происходит постепенное наращивание избыточного давления до максимальной величины р^’_изб =35 кПа. На высотах от h₅ до h₆ (до практического потолка) в кабине поддерживается постоянное избыточное давление, не превышающее р^’_изб =35 кПа. Такая схема регулирования позволяет осуществлять подачу кислорода в маску без избыточного давления до высоты полета ~15 км. В зоне свободной вентиляции (высоты от 0 до h₁), скорости изменения давления при вертикальных маневрах самолета одинаковы и в кабине и в атмосфере. В тоже время эта программа не предусматривает отбор воздуха на малых высотах на наддув ГК, что не снижает тяговые характеристики двигателя, обеспечивая максимальную скороподъемность самолету.

В кабинах скороподъемных маневренных самолетов (кривая 4) давление воздуха с подъемом на высоту изменяется по закону, обеспечивающего нормированную скорость изменения давления в кабине. На высоте практического потолка максимально допустимое избыточное давление не должно превышать ~30 кПа.

Такой закон регулирования давления в кабине обеспечивает допустимую по физиолого-гигиеническим соображениям скорость изменения давления в кабине.

В табл. 3.1 приведены данные, характеризующие программу регулирования давления на некоторых отечественных пассажирских самолетах. Как видно из таблицы, в ГК большинства современных пассажирских самолетов использованы программы регулирования (кривые 1 и 2). Высота (h₂ или h₃), до которой поддерживается р_к = const, зависит от максимальной высоты полета и принятого значения «высоты в кабине».