Тепловой режим кабин и отсеков ЛА

Тепловое состояние оборудования или людей, находящихся на борту ЛА, определяется источниками выделения или поглощения тепла; видом теплообмена с окружающей средой (конвекция, теплоизлучение, теплопроводность, массообмен) и характеристиками теплоносителей. Очевидно, что полная характеристика теплового режима вентилируемых кабин и отсеков должна включать в себя всю совокупность перечисленных факторов.

Обычно задача упрощается, принимая во внимание существующие особенности и требования к СКВ. В частности, согласно действующим ЕНЛГС для самолетов гражданской авиации основной упор делается на поддержание температурного режима: температура в ГК должна быть 20±5°С; температура внутренней поверхности стенок кабины не должна отличаться от температуры воздуха более чем на 3...5°С, перепад температур воздуха по длине, ширине и высоте кабины не должен превосходить 2...3°С. Кроме того, температура воздуха в большинстве случаев является основным, если не единственным, параметром, регулируемым с помощью СКВ. Поэтому анализ всех тепловых воздействий, как правило, сосредотачивается только на тепловом балансе воздуха кабины (отсека).

Применительно к кабинам самолетов и вертолетов уравнение теплового баланса примет вид:

± Q_ст + Q_л + Q_oб + Q_ост + Q_с ± Q_скв = 0, (4.1)

где ± Q_ст – тепловые потоки от стенок (тепловые потоки принимаются положительными, если тепло подводится к воздуху);

Q_л – тепло выделяемое людьми (экипажем и пассажирами);

Q_об – тепловые потоки от оборудования, размещенного внутри кабины или отсека;

Q_ост – солнечное излучение, поступающее через остекленные участки стенок кабины (иллюминаторы, фонари и т.п.);

Q_с – лучистая энергия, поглощаемая поверхностью самолета от солнечного излучения;

Q_скв – тепловые потоки, поступающие от СКВ с вентилирующим воздухом.

Оценка составляющих компонентов уравнения теплового баланса (4.1) представлена ниже.

Расчет теплового потока Q_ст можно проводить по упрощенной формуле:

Q_ст = k_Т F (t_пог – t_к), (4.2)

где k_Т – коэффициент теплопередачи в Вт/(м^{2 о}С); F – площадь поверхности кабины, через которую подается теплота, t_к – температура воздуха в кабине, ºС; t_пог – температура пограничного слоя на поверхности самолета ^оС.

Температура пограничного слоя воздуха приближенно определяется из уравнения

t_пог = t_h + 0,86 , (4.3)

где t_h – температура (^оС) на высоте полета h;

V_ист. – истинная скорость полета м/с.

Теплота, выделяемая людьми, определяется тепло- и массообменом между телом человека и воздухом, находящимся в кабине. При этом предполагается, что самочувствие человека соответствует так называемому нормальному "тепловому" состоянию. Осредненно количество теплоты, выделяемое в атмосферу герметической кабины пассажирами и экипажем самолета, можно рассчитать по формуле:

Q_л.= q n, (4.4)

где q – тепловыделение одного человека (в обычных условиях принимается q = 419 кДж/ч или q = 116 Вт),

n – количество членов экипажа и пассажиров.

Количество теплоты, выделяемой бортовым оборудованием, оценивается по формуле:

Q_об. = ΣN_i (1 – η_i ), (4.5)

где N_i – мощность единицы оборудования, Вт; η_i – КПД единицы оборудования.

Количество лучистой солнечной энергии, проходящей через остекленную поверхность площадью F, определяется по формуле:

Q_ост = I₀ ΣD_сi F_i cosφ_i, (4.6)

где I₀ – солнечная постоянная (осредненно принимается 1200 Вт/м²); D_сi – коэффициент пропускательной способности остекления; F_i – площадь рассматриваемого участка остекления; φ_i – угол падения между направлением солнечных лучей и нормалью к остекленной поверхности; i номер участка остекления.

Лучистая энергия, поглощаемая поверхностью самолета от солнечного излучения, определяется:

Q_c = А I₀ ΣF_j cosφ_i,( 4.7)

где А – коэффициент поглотительной способности поверхности (для алюминиевых поверхностей принимается равной 0,2…0,5); F_j – площадь поверхности, поглощающая солнечную энергию.

Величина теплового потока от СКВ. Количество тепла, вносимого в кабину с подаваемым воздухом, определяется соотношением:

Q_скв = с_р m_к (t_вх – t_к), (4.8)

где t_вх – температура воздуха на входе в кабину;

t_к – температура воздуха в кабине;

с_р – удельная теплоемкость воздуха;

m_к – расход воздуха, подаваемого в кабину.