【论文摘要】为了比较不同因素对民用飞机泄压载荷的影响，本文利用Simulink仿真软件建立了民用飞机全机增压舱的一维动态仿真模型；对发生突然泄压情况下各个增压舱的瞬态压力分布进行了仿真；重点研究了舱室体积和舱室间流通面积等参数对泄压载荷的影响。该仿真结果为后续飞机泄压载荷优化方案提供了参考，具有重要的现实意义。

　　【关键词】飞机增压舱；压力调节；泄压载荷

　　0 引言

　　1）压力调节系统介绍及其重要性

　　为了在飞行时保证机组人员和乘客生存以及各种设备可靠的工作，环境控制系统已成为先进飞行器必不可少的组成部分。对民用飞机来说，随着国民经济的发展，座舱内适宜的温度环境、合理的座舱压力、人耳无感觉的压力变化率、清新的空气和适宜的风速，都已成为吸引乘客的重要条件[1]。

　　民用飞机飞行中的增压舱环境压力与地面有较大差异。研究表明，当座舱内部压力过低时，会对人体健康造成损害，严重时甚至引发乘员伤亡。民用飞机座舱压力调节系统用于调整座舱内部压力，使其始终保持在人体舒适的范围内[2]。

　　飞机增压舱在使用中，一旦出现意外破口，舱内气体突然外泄，由于各舱间气体流泄而造成各舱间压力的不均衡，会在隔舱壁上产生一个附加的泄压载荷，泄压载荷表示的是两个舱室之间压力的差值。这个载荷可能造成结构局部失效，进而可能危及机体的承载能力，也可能因机体变形而造成飞机操纵或操作失灵，最终导致飞机产生灾难性事故[3]。

　　在这些情况下，设计出拥有连续安全持续飞行和降落能力的飞机就很有必要。因此在设计时需要有强度足够的结构以承受逐渐增加的压差载荷或引入适当的预防措施限制或防止压差载荷的增大。针对近年来频发的飞机座舱环控系统飞行事故/事件，分析了国内外发生的飞机座舱环境相关的飞行事故/事件[4]。

　　2）本文研究的内容

　　本文研究的飞机由多个舱室组成。一方面，各个舱室的体积、舱室间的流通关系不同，构成了结构复杂的增压舱区域，当出现机体破损时，各个舱室之间会相互影响；另一方面，舱室间的流通通道形状不规则，不同的流通通道所对应的流量系数不同。

　　在飞机设计的过程中需要进行结构优化，这就会涉及到对舱室体积和流通关系的更改，这些更改需要考虑泄压载荷对结构的影响。有时还需要通过泄压载荷仿真给与结构构型设计参考。

　　本文通过对飞机增压舱进行适当简化，利用Simulink对飞机增压舱泄压进行实时仿真，得到各个舱室之间的压力分布和目标舱室的泄压载荷，为后续的优化方案提供支持。

　　1 泄压载荷计算方法及模型

　　1.1 飞机舱室结构划分

　　飞机的舱室分为增压舱与非增压舱。在高空飞行时，增压舱内的压力要大于外界环境的压力，飞机外部结构的设计要能够承受正常飞行时舱内与外界的压差。当飞机结构出现破损时，内外压力会趋于平衡，会计学毕业论文在这个过程中不同的增压舱之间会有泄压载荷，飞机内部结构的设计需要能够满足此情况下的强度要求。

　　本文中将增压舱分为驾驶舱、座舱、座舱内饰、行李箱、衣帽间、登机门内饰、货舱、电子设备舱、三角区和盥洗室等。

　　1.2 计算模拟方法

　　在飞机增压舱的泄压载荷计算中，由于泄压载荷达到极值的时间非常短，通常在1s之内就会达到极值，通常对于这种问题需要进行动态仿真，本文使用Simulink软件对泄压载荷问题进行瞬态计算。将不同舱室设置为独立的模块，不同模块之间进行实时数据交换，计算结果实时显示。

　　1.3 描写舱间流动的方程

　　1.4 初始条件

　　计算飞行高度为18000ft情况下的泄压载荷。

　　2 泄压载荷计算结果及不同因素对其影响的对比

　　不同的位置的结构破损产生的泄压载荷不同，本文针对驾驶舱破损进行仿真。将驾驶舱与电子设备舱之间的泄压载荷作为检测值。

　　2.1 舱室体积

　　在泄压载荷的计算中，不同的舱室体积所包含的空气质量不同，舱室体积的大小会对泄压速度的快慢产生影响。本文中研究座舱体积对泄压载荷的影响，选择座舱是因为有些试飞科目会将座舱中的座椅拆除，在实际运营中，乘客的上座率是不一定的，其所对应的座舱体积也会不同。

　　取座舱体积分别为152.11m3、161.78m3和173.25m3的情况进行分析，得到的结果如图1。

　　图1中泄压载荷的值是驾驶舱的实时压力与电子设备舱的实时压力的差值，负值表示驾驶舱的压力要小与电子设备舱的压力（图2中相同）。由图1可以看出，不同的座舱体积对驾驶舱与电子设备舱之间泄压载荷的影响很小，这是由于座舱体积足够大，体积的变化量与原体积相比相差较小；对货舱卸压板打开的时间有影响，座舱体积越小，卸压板打开的越快。

　　2.2 舱室间流通面积

　　在增压舱之间会有空气流通，不同的流通面积对快速泄压时的流通速度会有影响，本文研究在驾驶舱出现破损时驾驶舱与电子设备舱之间的泄压载荷，假设流通面积分别为0.2m2、0.35m2和0.5m2，得到的结果如图2。

　　图2为驾驶舱破损时不同舱间流通面积对应的泄压载荷情况。从结算结果可以看出，流通面积越小，舱室间的泄压载荷越大，这是因为舱室间的流通面积越小，单位时间内通过流通通道的空气就越少，隔舱压力变化率与进气量有关，而进气量有与流通面积成正比，在极小的时间内（如图2中的0.1s以内）电子设备舱内的大部分空气无法由流通通道进入驾驶舱，造成了电子设备舱中空气的堆积，而驾驶舱由于破损包含的空气在急剧减少，这样就会导致两边的压差越来越大，最终达到图2中所示的极值。

　　3 结论

　　对于舱室划分复杂的飞机增压舱泄压载荷计算问题，本文通过对舱室划分的适当简化采用Simulink进行了仿真。研究表明：座舱体积的变化对驾驶舱与电子设备舱之间的泄压载荷影响较小，两舱室之间的流通面积对驾驶舱和电子设备舱之间的泄压载荷影响很大，在设计中可以调节两舱室之间的流通面积来达到减小舱间泄压载荷的目的。

　　本文的数值仿真结果可以作为飞机泄压载荷问题优化设计的仿真依据，为解决实际中遇到的结构优化问题提供参考。

　　【参考文献】

　　[1]寿荣中，何慧姗。飞行器环境控制[M].北京航空航天大学出版社，2004.

　　[2]飞行器环境控制与安全救生[M].北京航空航天大学出版社，2006.

　　[3]郁成德。增压舱突然泄压载荷计算[J].民用飞机设计与研究，1997，2：008