Динамические процессы в системе кондиционирования воздуха
Программа регулирования давления 
по высоте 
имеет вид
.
Атмосферное давление с высотой меняется по закону
,
где
.
Уравнение Клапейрона - Менделеева
,
где
- величина давления воздуха в кабине ЛА,
- объем гермокабины,
- масса воздуха в кабине ЛА,
- температура воздуха в кабине ЛА,
- газовая постоянная воздуха.
Продифференцируем уравнение Клапейрона - Менделеева
В относительных величинах уравнение
,
или
,
где
- массовый расход воздуха в кабину от системы кондиционирования,
- массовый расход воздуха из кабины через регулятор давления,
- масса воздуха в кабине ЛА.
Принимая во внимание, что процесс течения газа через регулятор давления с эффективной площадью 
адиабатический, фактический расход газа можно вычислить:
- при докритическом режиме 
,
- при закритическом режиме 
,
где
, 
, 
.
и 
- газодинамические параметры воздуха до (в кабине) и после регулятора давления (в атмосфере), соответственно.
Температуру воздуха при нормальной работе системы терморегулирования в гермокабине можно считать постоянной и не зависящей от режима полета.
Существенное влияние на процесс истечения оказывает геометрия отверстия и для определения ее влияния вводится понятие коэффициента расхода. Для повышения точности решения следует принимать средние значения коэффициентов расхода раздельно для закритической и докритической областей истечения.
В этом случае для отверстий в тонких стенках с острыми кромками можно рекомендовать.
, 
.
,
или
В относительных величинах уравнение объекта регулирования гермокабины имеет вид при докритическом режиме течения
|
|
,
где
- время истечения массы 
через окно площадью 
при закритическом истечении при давлении 
,
- время истечения массы при расходе ,
- относительное открытие исполнительного устройства регулятора давления.
.
Таким образом, полученное уравнение является моделью объекта регулирования и может использоваться для сравнения с реальным объектом с целью повышения надежности работы системы регулирования при резервировании ее элементов и блоков.
Рассмотрим собственно регулятор давления, содержащий один или несколько датчиков давления воздуха в кабине, один или несколько задатчиков давления (программы регулирования) в кабине, устройства сравнения, усиления и т.д., исполнительное устройство, выпускающее воздух из кабины.
Представим исполнительное устройство в виде заслонки, приводимой в действие электродвигателем с постоянной скоростью вращения, управление которым осуществляется поляризованным реле.
,
где
- заданное значение включения электропривода регулятора давления.
На первом этапе исследования можно принять модель регулятора в виде
.
Модель гермокабины можно для упрощения принять в линейной постановке для закритического режима истечения
,
а модель регулятора
.
Оценим порядок постоянных времени.
Подача воздуха на одного человека составляет согласно АП-25 
, а объем кабины на одного человека около 
, поэтому
.
В статических режимах работы при стоянке на земле
Будем считать 
, 
, тогда
.
Зададимся скоростью перекладки заслонки регулятора давления
.
На рис. 1 представлена блок-схема имитационного моделирования системы регулирования давления герметичной кабины
|
|
Рис. 1 – Блоки системы регулирования давления в гермокабине
На рис. 2 представлен блок исходных данных для расчета
Рис. 2 – Перечень исходных данных для расчета САРД в гермокабине
Модель объекта регулирования – герметичной кабины изображена на рис. 3, которая представляет собой систему дифференциальных уравнений баланса расходов (уравнений связи).
Рис. 3 – Имитационная модель герметичной кабины
На рис. 4 показана модель собственно регулятора давления
Рис. 4 – Имитационная модель регулятора давления
На рис. 5 показан блок расчетных параметров, графики изменения атмосферного давления по высоте и программы регулирования давления
Рис. 5 – Блок расчетных параметров
Результаты моделирования показаны на рис 6
Рис. 6 – Изменение давления в гермокабине по результатам моделирования
Необходимо осуществить корректировку программы регулирования по скорости изменения давления в гермокабине, которая должна составлять
.
В относительных величинах получаем
.
Наиболее простым способом корректировка осуществляется введением дополнительной отрицательной обратной связи по скорости изменения давления (Рис. 7).
Рис. 7 – Корректировка скорости нарастания давления в герметичной кабине.
С другой стороны коррекцию можно осуществлять, принимая во внимание, что
.
Величина 
характеризует программу регулирования, а 
- вертикальную скороподъемность летательного аппарата.
На рис. 8 показан график с коррекцией скорости нарастания давления.
|
|
Рис. 8 - Коррекция скорости нарастания давления