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摘 要：现对某型直升机的座舱空调系统的冷凝器总成进行改进，优化其引风结构。采用Fluent软件对百叶窗结构的空气流动组织、压力损失进行分析。结果显示：空气通过该结构的压力损失311Pa，优化后的百叶窗结构作为引风导流装置，其压力损失减少了115Pa。
关键词：引气结构；压力损失；流动组织
引言
国外早在20世纪60年代开始就在直升机上安装了空调，目前国外很多军用直升机上均配备空调。如“海王”直升机、“黑鹰”直升机以及“阿帕奇”直升机空调等。[3]
直升机的飞行速度一般在0.2Ma左右[1]，冷空气即冲压空气动能较小，采用猫耳洞型式的引风结构作用不大。目前，国内对机载空调系统的研究仅限系统级别，主要包括：
李武奇、唐伯清、张均勇等对空气压缩式、蒸汽压缩式、热电制冷3种制冷系统进行了比较，提出蒸汽压缩式制冷系统系统应用于制冷量需求较大的航电设备。[3]
肖晓劲，袁修干对两种空气循环制冷系统方案进行了对比和分析。[4]
国内无对冷凝器总成引风装置的研究，本文针对引风装置进行了一定的研究分析。
1 系统及冷凝器总成概述
1.1 系统工作原理
通过压缩机旋转，制冷过程连续不断地进行循环，舱内热量不断地被蒸发器内制冷剂带走，从而完成整舱的降温；舱内空气通过蒸发器时，空气中的水分凝结成水滴，被引至舱外排出，从而起到除湿作用。
1.2 冷凝器总成概述
为满足极限工况下的要求，通过优化冷凝器引风装置的结构，降低空气通过引风装置的阻力，有利于提高冷凝器总成的冷却风量和空调系统的制冷能力。
2 冷凝器总成
2.1 冷凝风量的确定
空气通过风道后进入冷凝器芯体内与制冷剂进行热量交换。冷凝器总成的制冷能力为3.5kW，根据热平衡方程得出所需风量。
G=■
式中，Q为冷凝器总成的制冷能力，3.5kW；Cp为空气的比热容，1005J/（kg·K）； 为空气的温升，取21℃；G为空气工质的质量流量，单位kg/s。计算得出需要的风量为500m3/h。
2.2 引风装置
国内固定翼飞机的空调或吊舱引风装置多采用猫耳洞结构，部分采用百叶窗型式。
直升机空调或引风几乎全部采用百叶窗型式。
猫耳洞形似猫耳，百叶窗由多个并列排布的导流叶片组成。猫耳洞、百叶窗与飞机蒙皮通过铆钉铆接而成，冲压空气由突出部分的入口处进入飞机或吊舱内部。
猫耳洞强度略高，引入舱内的空气具备较高的压头，可引入某些系统中，作为冷却其他工质的热沉，最后将热量导出机舱外。
百叶窗结构强度略差，引入的空气压头一般较小，用途受到一定的限制。
2.2.1 引风装置——百叶窗
流体分析：冷凝器芯体的翅片厚度仅0.07mm，若冷凝器总成划分网格，数量极为巨大，严重影响计算速度。而冷凝器芯体已有相关的试验数据，因此，对引风装置的入口和风道进行分析，结合芯体的试验数据，对冷凝器总成进行整体分析和评估。
将在proe建立的模型导入有限元分析软件ansys的fluent模块，对引风装置进行仿真分析。仿真模型将不影响计算结果的外部圆角、倒角简化，以保证计算资源的有效利用。
为保证引风入口的流动情况与实际相符，在入口处建立一个较大的空间，模拟实际的入口条件。
空气由百叶窗导流进入风道内部，由于导流效果明显，空气流线与百叶窗外形轮廓近似，空气流到转弯风道后，并在通风风道底部形成一个大的涡旋区，影响了空气流动。而后空气沿壁面流入长圆形风道内，而后流出冷凝器总成。
在此过程中，空气进入百叶窗导流片内，存在突缩和转弯损失，进入风道内，有转弯损失，进入长圆形风道内有突缩损失。
空气通过引风装置总的压力损失为311Pa，入口处的压力损失较大，且流线分布不均匀。
2.2.2 引风结构——改进型百叶窗
（1）改进型百叶窗介绍。为提高空调引风风量，减小引风结构处的空气压力损失，对原百叶窗结构进行改进，具体改进如下：a.将弧形的导流叶片改为平面結构；b.导流片的导流角度减小；c.两端连接部位由圆弧过度改为板材折弯的型式；d.增大叶片之间的间距。（2）流体分析。采用相同的方式对模型进行处理，通过对模型进行分析，得到静压场。
与改进前相比，导流片的导流角度变小，流动阻力较小。空气通过百叶窗导流片后，进入通风风道的流动更加均匀，这样有利于流动阻力的减小，有利于空气与冷凝器芯体充分换热。
额定风量下，空气通过引风装置的阻力为196Pa，入口处的压力损失降低，空气整体流动略有不均。
3 结束语
通过对两种结构的引风装置对比：改进后的百叶窗流动阻力比原结构减小110Pa，有利于系统的正常运行。
原百叶窗结构流动阻力的分析结果与试验数据相吻合。而改进后的百叶窗结构模型存在一定程度的假设和处理。因此本报告分析结果仅供参考，最终结论需要进一步通过试验进行验证。
参考文献
[1]寿荣中，何慧姗.飞行器环境控制，北京航空航天大学出版社，2003.
[2]杨世铭，陶文铨.传热学[M].高等教育出版社，2006.
[3]李武奇，唐伯清，张均勇等.蒸汽压缩式制冷系统在航空中的应用[J].飞机设计，2018年4月.
[4]肖晓劲，袁修干.直升机空气循环制冷系统方案比较[J].制冷学报，2004年第3期.
[5]仇振安，包睿，毛阳，杨国茹.直升机蒸发循环核心部件耐腐蚀技术研究[J].直升机技术，2017年第4期.
[6]朱玲美，蒋福根等.一种提高飞机空调系统制冷能力的方法[M].南京航空航天大学学报，2005年8月.
关键词：引气结构；压力损失；流动组织
引言
国外早在20世纪60年代开始就在直升机上安装了空调，目前国外很多军用直升机上均配备空调。如“海王”直升机、“黑鹰”直升机以及“阿帕奇”直升机空调等。[3]
直升机的飞行速度一般在0.2Ma左右[1]，冷空气即冲压空气动能较小，采用猫耳洞型式的引风结构作用不大。目前，国内对机载空调系统的研究仅限系统级别，主要包括：
李武奇、唐伯清、张均勇等对空气压缩式、蒸汽压缩式、热电制冷3种制冷系统进行了比较，提出蒸汽压缩式制冷系统系统应用于制冷量需求较大的航电设备。[3]
肖晓劲，袁修干对两种空气循环制冷系统方案进行了对比和分析。[4]
国内无对冷凝器总成引风装置的研究，本文针对引风装置进行了一定的研究分析。
1 系统及冷凝器总成概述
1.1 系统工作原理
通过压缩机旋转，制冷过程连续不断地进行循环，舱内热量不断地被蒸发器内制冷剂带走，从而完成整舱的降温；舱内空气通过蒸发器时，空气中的水分凝结成水滴，被引至舱外排出，从而起到除湿作用。
1.2 冷凝器总成概述
为满足极限工况下的要求，通过优化冷凝器引风装置的结构，降低空气通过引风装置的阻力，有利于提高冷凝器总成的冷却风量和空调系统的制冷能力。
2 冷凝器总成
2.1 冷凝风量的确定
空气通过风道后进入冷凝器芯体内与制冷剂进行热量交换。冷凝器总成的制冷能力为3.5kW，根据热平衡方程得出所需风量。
G=■
式中，Q为冷凝器总成的制冷能力，3.5kW；Cp为空气的比热容，1005J/（kg·K）； 为空气的温升，取21℃；G为空气工质的质量流量，单位kg/s。计算得出需要的风量为500m3/h。
2.2 引风装置
国内固定翼飞机的空调或吊舱引风装置多采用猫耳洞结构，部分采用百叶窗型式。
直升机空调或引风几乎全部采用百叶窗型式。
猫耳洞形似猫耳，百叶窗由多个并列排布的导流叶片组成。猫耳洞、百叶窗与飞机蒙皮通过铆钉铆接而成，冲压空气由突出部分的入口处进入飞机或吊舱内部。
猫耳洞强度略高，引入舱内的空气具备较高的压头，可引入某些系统中，作为冷却其他工质的热沉，最后将热量导出机舱外。
百叶窗结构强度略差，引入的空气压头一般较小，用途受到一定的限制。
2.2.1 引风装置——百叶窗
流体分析：冷凝器芯体的翅片厚度仅0.07mm，若冷凝器总成划分网格，数量极为巨大，严重影响计算速度。而冷凝器芯体已有相关的试验数据，因此，对引风装置的入口和风道进行分析，结合芯体的试验数据，对冷凝器总成进行整体分析和评估。
将在proe建立的模型导入有限元分析软件ansys的fluent模块，对引风装置进行仿真分析。仿真模型将不影响计算结果的外部圆角、倒角简化，以保证计算资源的有效利用。
为保证引风入口的流动情况与实际相符，在入口处建立一个较大的空间，模拟实际的入口条件。
空气由百叶窗导流进入风道内部，由于导流效果明显，空气流线与百叶窗外形轮廓近似，空气流到转弯风道后，并在通风风道底部形成一个大的涡旋区，影响了空气流动。而后空气沿壁面流入长圆形风道内，而后流出冷凝器总成。
在此过程中，空气进入百叶窗导流片内，存在突缩和转弯损失，进入风道内，有转弯损失，进入长圆形风道内有突缩损失。
空气通过引风装置总的压力损失为311Pa，入口处的压力损失较大，且流线分布不均匀。
2.2.2 引风结构——改进型百叶窗
（1）改进型百叶窗介绍。为提高空调引风风量，减小引风结构处的空气压力损失，对原百叶窗结构进行改进，具体改进如下：a.将弧形的导流叶片改为平面結构；b.导流片的导流角度减小；c.两端连接部位由圆弧过度改为板材折弯的型式；d.增大叶片之间的间距。（2）流体分析。采用相同的方式对模型进行处理，通过对模型进行分析，得到静压场。
与改进前相比，导流片的导流角度变小，流动阻力较小。空气通过百叶窗导流片后，进入通风风道的流动更加均匀，这样有利于流动阻力的减小，有利于空气与冷凝器芯体充分换热。
额定风量下，空气通过引风装置的阻力为196Pa，入口处的压力损失降低，空气整体流动略有不均。
3 结束语
通过对两种结构的引风装置对比：改进后的百叶窗流动阻力比原结构减小110Pa，有利于系统的正常运行。
原百叶窗结构流动阻力的分析结果与试验数据相吻合。而改进后的百叶窗结构模型存在一定程度的假设和处理。因此本报告分析结果仅供参考，最终结论需要进一步通过试验进行验证。
参考文献
[1]寿荣中，何慧姗.飞行器环境控制，北京航空航天大学出版社，2003.
[2]杨世铭，陶文铨.传热学[M].高等教育出版社，2006.
[3]李武奇，唐伯清，张均勇等.蒸汽压缩式制冷系统在航空中的应用[J].飞机设计，2018年4月.
[4]肖晓劲，袁修干.直升机空气循环制冷系统方案比较[J].制冷学报，2004年第3期.
[5]仇振安，包睿，毛阳，杨国茹.直升机蒸发循环核心部件耐腐蚀技术研究[J].直升机技术，2017年第4期.
[6]朱玲美，蒋福根等.一种提高飞机空调系统制冷能力的方法[M].南京航空航天大学学报，2005年8月.