客機(jī)座艙噴嘴送風(fēng)參數(shù)優(yōu)化及熱環(huán)境評價.pdf

1、在我國首款大型民用飛機(jī)C919研制過程中，國家在安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和環(huán)保性四個方面對C919大型客機(jī)做出了要求。大型客機(jī)環(huán)控系統(tǒng)需要在各種飛行條件下控制座艙（包括駕駛艙和旅客艙）環(huán)境以保證旅客和機(jī)組人員的安全和舒適，座艙環(huán)境的指標(biāo)包括空氣壓力、溫度、濕度、氣流速度和潔凈度。每位乘客都有自己對舒適性的主觀判斷，我們無法做到使所有乘客感覺舒適，但是我們可以通過營造合適的座艙環(huán)境讓大多數(shù)乘客舒適，同時采用個性化服務(wù)提升乘客滿意率。飛機(jī)座艙

2、環(huán)控系統(tǒng)中的主送風(fēng)系統(tǒng)就是為了保證大多數(shù)乘客舒適而設(shè)計的，而噴嘴送風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置可以由使用者個性化調(diào)節(jié)，能較好地滿足不同人員個體對于送風(fēng)的不同要求，從而能夠進(jìn)一步提高乘客對客艙環(huán)境的滿意率。系統(tǒng)科學(xué)地研究噴嘴送風(fēng)對坐姿乘客熱舒適的影響，優(yōu)化噴嘴送風(fēng)參數(shù)，從而提高客艙環(huán)境熱舒適性，滿足不同乘客對熱環(huán)境的要求，對于提高民用航空業(yè)的競爭力有深遠(yuǎn)意義。
　　本研究以“大型客機(jī)座艙內(nèi)空氣環(huán)境控制的關(guān)鍵科學(xué)問題研究”項目（973計劃項目）為依托

3、，重點圍繞噴嘴送風(fēng)參數(shù)與座艙溫度對乘客熱舒適的耦合作用展開研究，以期能夠優(yōu)化噴嘴送風(fēng)參數(shù)，使之能夠最大限度的滿足乘客的熱舒適需求，并為我國飛機(jī)客艙噴嘴送風(fēng)指標(biāo)體系及其熱環(huán)境評估提供科學(xué)依據(jù)。
　　通過文獻(xiàn)調(diào)研分析歸納了座艙環(huán)境的研究焦點和主要研究方法，并提出了飛機(jī)客艙環(huán)境個人送風(fēng)研究中尚未解決的關(guān)鍵問題。通過對人與環(huán)境換熱的理論分析，在常壓常濕環(huán)境人體熱平衡方程的基礎(chǔ)上，將低壓低濕對人與環(huán)境換熱的影響納入人體的熱平衡方程。在此基礎(chǔ)

4、上，確定了本文的研究方法為實驗測試與理論計算相結(jié)合，實驗測試不僅包括了在實驗?zāi)M艙中開展流場測試和問卷調(diào)查，還包括在執(zhí)飛航班中進(jìn)行客艙環(huán)境參數(shù)測試和乘客熱舒適問卷調(diào)查，并采用低壓低濕條件下的換熱理論對實驗結(jié)果進(jìn)行修正。
　　運用信號處理中離散化數(shù)據(jù)采集原理，采用8Hz流場測試系統(tǒng)，對噴嘴不同送風(fēng)溫差、送風(fēng)風(fēng)量、送風(fēng)方向下的溫度場和速度場進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)不超過10℃的噴嘴送風(fēng)溫差對乘客附近的溫度場、速度場、湍流度場、頻譜無顯著影響。

5、基于湍流射流理論，對噴嘴送風(fēng)造成的局部溫度場、速度場、湍流度場及頻譜特征進(jìn)行了系統(tǒng)地分析，建立了噴嘴送風(fēng)流場計算模型，為CFD模型的驗證提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。
　　其次，在三排座客機(jī)模擬艙中，開展不同座艙溫度、噴嘴風(fēng)量、噴嘴送風(fēng)方向、噴嘴開啟程度、噴嘴送風(fēng)溫差、新風(fēng)比組合下的人體熱舒適實驗，分析了對噴嘴送風(fēng)響應(yīng)較為敏感的主觀熱投票指標(biāo)和局部部位，確定采用整體、頭部、胸口熱感覺和氣流感作為評價座艙噴嘴送風(fēng)熱環(huán)境的主觀投票指標(biāo)?；趪娮?/p>

6、送風(fēng)實驗數(shù)據(jù)，對現(xiàn)有非均勻熱環(huán)境評價方法的適用性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有評價方法并不能滿足飛機(jī)客艙噴嘴送風(fēng)非均勻熱環(huán)境的評價。通過引入機(jī)器學(xué)習(xí)的決策樹算法，建立了飛機(jī)客艙熱環(huán)境決策樹評估模型，并采用執(zhí)飛航班實測調(diào)研獲得的257份問卷數(shù)據(jù)對決策樹模型進(jìn)行了驗正，并利用該決策樹模型對冬季座艙24℃乘客自主調(diào)節(jié)服裝和噴嘴時的熱感覺和氣流感進(jìn)行了案例分析，驗證分析結(jié)果均表明該決策樹模型預(yù)測效果較好。
　　采用相關(guān)分析、層次分析和決策樹分析三種

7、方法對影響飛機(jī)客艙乘客熱舒適的因素進(jìn)行了遴選，獲得了各因素對乘客熱舒適影響的重要程度。結(jié)合噴嘴流場測試結(jié)果、執(zhí)飛航班調(diào)研結(jié)果以及人體熱舒適實驗結(jié)果，對噴嘴送風(fēng)主要影響參數(shù)提出了系統(tǒng)的優(yōu)化建議。明確噴嘴送風(fēng)溫差≤10℃時對坐姿乘客熱舒適不會造成顯著影響，噴嘴送風(fēng)方向宜保證對于乘客任何坐姿都能吹到上半身。由于噴嘴送風(fēng)量相對于主送風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)量而言很小，相應(yīng)的噴嘴新風(fēng)量也很小，所以噴嘴送風(fēng)新風(fēng)比并沒有對乘客熱舒適以及可感知空氣品質(zhì)產(chǎn)生顯著影響

8、。因此，從噴嘴送風(fēng)溫度和新風(fēng)比的角度來看，噴嘴送風(fēng)系統(tǒng)和主送風(fēng)系統(tǒng)可以采用同一套送風(fēng)系統(tǒng)，無需對噴嘴送風(fēng)進(jìn)行單獨處理。以整體、頭部、胸口熱感覺和氣流感均在-0.5~+0.5范圍內(nèi)為乘客熱舒適標(biāo)準(zhǔn)，建立了冬夏季典型著裝下的噴嘴風(fēng)量-座艙溫度耦合舒適區(qū)，該舒適區(qū)與決策樹模型預(yù)測結(jié)果基本吻合，證明了前述決策樹評價模型的準(zhǔn)確性和適用性。采用低壓低濕環(huán)境人與環(huán)境換熱理論修正，基于等效換熱推導(dǎo)出低壓低濕條件下冬夏季典型著裝下的噴嘴送風(fēng)量-座艙溫度耦