民用飛機(jī)艙室環(huán)境研究現(xiàn)狀與思考

周 月 張鶴林 程定斌 胡文超

民用飛機(jī)艙室環(huán)境研究現(xiàn)狀與思考

周 月1,2張鶴林1,2程定斌1,2胡文超1,2

（1.南京機(jī)電液壓工程研究中心 南京 211106；2.航空機(jī)電系統(tǒng)綜合航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 211106）

針對(duì)影響艙室環(huán)境的熱環(huán)境、空氣質(zhì)量、人機(jī)工效和噪音四項(xiàng)核心環(huán)境要素，分析了國(guó)內(nèi)外在標(biāo)準(zhǔn)制定和技術(shù)研究方面的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。在標(biāo)準(zhǔn)制定方面，國(guó)外的民機(jī)艙室環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)完善，在民用飛機(jī)艙室關(guān)鍵環(huán)境要素的技術(shù)研究方面，國(guó)外已開(kāi)展了大量研究工作，在民用飛機(jī)艙室演示驗(yàn)證的技術(shù)研究方面，國(guó)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)建立了大規(guī)模的地面模擬驗(yàn)證設(shè)備，并在長(zhǎng)期的研究工作中積累了大量的基礎(chǔ)驗(yàn)證數(shù)據(jù)?；趪?guó)內(nèi)外發(fā)展差距分析及未來(lái)多電飛機(jī)發(fā)展趨勢(shì)，分析了未來(lái)民機(jī)艙室環(huán)境的重點(diǎn)研究方向，為國(guó)內(nèi)艙室環(huán)境控制系統(tǒng)方案論證和工程研制提供技術(shù)支撐。

艙室環(huán)境；熱環(huán)境；空氣質(zhì)量；人機(jī)工效；噪音；多電飛機(jī)

0 引言

航空工業(yè)是戰(zhàn)略性高科技產(chǎn)業(yè)，是一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新能力、工業(yè)水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，民用航空已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)龐大的國(guó)際性產(chǎn)業(yè)，對(duì)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)乃至世界經(jīng)濟(jì)有著舉足輕重的影響。大型民機(jī)是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，是大國(guó)必爭(zhēng)之地。但中國(guó)作為一個(gè)快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)和政治大國(guó)，大型民機(jī)產(chǎn)業(yè)才剛起步。自主研制大型民機(jī)，發(fā)展有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的航空產(chǎn)業(yè)，對(duì)于轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、帶動(dòng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展、增強(qiáng)國(guó)家綜合實(shí)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、加快現(xiàn)代化步伐，具有重大意義。

目前，民機(jī)激烈競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)主要體現(xiàn)在安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等方面。而民機(jī)艙室環(huán)境技術(shù)與民機(jī)的安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性直接相關(guān)。它包括在各種飛行條件下，將艙內(nèi)空氣的壓力、溫度、濕度、氣流速度和潔凈度保持在允許范圍內(nèi)，為乘客提供足夠的流通空氣和新鮮空氣，并改善貨艙和電子設(shè)備艙內(nèi)的環(huán)境條件。艙內(nèi)舒適的溫度環(huán)境、合理的壓力絕對(duì)值、人耳無(wú)感覺(jué)的壓力變化速度、清新的空氣和適宜的風(fēng)速，已經(jīng)成為現(xiàn)代民機(jī)吸引旅客的重要條件。隨著機(jī)載各系統(tǒng)及其航空電子的高速發(fā)展，裝備數(shù)量的增多，飛機(jī)艙室環(huán)境愈來(lái)愈復(fù)雜，且在某種程度上制約著民機(jī)型號(hào)總體性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的提高。圖1表示了從100多個(gè)航空公司調(diào)研中得出購(gòu)機(jī)的“關(guān)鍵因子”圖。

目前，以人為本的設(shè)計(jì)理念已逐漸滲透到飛機(jī)研發(fā)及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。波音和空客等主要航空公司紛紛將艙室舒適性研究提升到了戰(zhàn)略高度，試圖以此占據(jù)更多的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)正在發(fā)展的大型民機(jī)計(jì)劃，創(chuàng)造更為適宜的艙室環(huán)境無(wú)疑也成為競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。因此，關(guān)于民機(jī)艙室環(huán)境的相關(guān)研究受到越來(lái)越多的關(guān)注。

圖1 航空公司購(gòu)買新機(jī)時(shí)主要考慮的因素

1 民用飛機(jī)艙室環(huán)境內(nèi)涵

艙室環(huán)境是指影響乘員健康和舒適程度的各種環(huán)境因素主要包括空氣環(huán)境（如熱環(huán)境、空氣質(zhì)量等），人機(jī)工效（如視覺(jué)信息流，人機(jī)界面及內(nèi)飾系統(tǒng)等），聲學(xué)環(huán)境（如噪聲）等多方面環(huán)境因素，這些因素對(duì)艙內(nèi)人員生理、心理及工作效率起著重要作用[1]。艙室環(huán)境質(zhì)量不僅與機(jī)載設(shè)備性能和可靠性密切相關(guān),更直接關(guān)系到旅客和機(jī)組人員的安全性、舒適性和工作效能。

圖2 民機(jī)艙室環(huán)境主要因素

本文針對(duì)影響民機(jī)艙室環(huán)境的熱環(huán)境、空氣質(zhì)量、人機(jī)工效和噪音四項(xiàng)核心環(huán)境要素開(kāi)展研究。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有飛機(jī)環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析和現(xiàn)有飛機(jī)設(shè)計(jì)水平的調(diào)研，對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外在民機(jī)艙室環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制定和技術(shù)研究方面的現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上提出了目前在民機(jī)艙室環(huán)境方面所面臨的主要問(wèn)題及相關(guān)思考。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)制定方面

目前國(guó)外民機(jī)艙室環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)主要包括：

（1）運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)聯(lián)邦航空條例FAR25、歐洲聯(lián)合適航條例JAR25，是民用飛機(jī)進(jìn)行適航審定的基本依據(jù)；

（2）咨詢通告，如AC20-174、AC25-20、AC20-32b、AC20-133是民用飛機(jī)艙室環(huán)境進(jìn)行適航符合性設(shè)計(jì)時(shí)的參考依據(jù)；

（3）技術(shù)規(guī)范，如MIL美國(guó)軍標(biāo)MIL-B-81365-1966、MIL-H-18325B-1959，SAE美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)SAE AIR1168-6A-2011、SAE AIR1168-7A-2011，ASM美國(guó)金屬學(xué)會(huì)、ASTM美國(guó)試驗(yàn)材料學(xué)會(huì)規(guī)范等，這類規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)是一些技術(shù)文檔，為艙室環(huán)境設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)方法和技術(shù)參考。

在國(guó)外，美國(guó)國(guó)家調(diào)查委員會(huì)（NRC）、國(guó)立職業(yè)安全與健康研究所（NIOSH），職業(yè)安全與保健管理總署（OSHA）及美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)（ACGIH）等機(jī)構(gòu)對(duì)室內(nèi)環(huán)境都設(shè)定了限值。不同機(jī)構(gòu)針對(duì)保護(hù)對(duì)象不同，所設(shè)定的限值差異比較大。在航空工業(yè)中，通常采用FAA的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE）成立了SPC，建立適用于旅客客艙環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)，并成立了“大型旅客機(jī)客艙空氣質(zhì)量研究委員會(huì)”開(kāi)展針對(duì)大型飛機(jī)空氣品質(zhì)調(diào)查實(shí)測(cè)與評(píng)估研究，主要實(shí)施有關(guān)航空污染毒性及其對(duì)健康的危害等方面的評(píng)價(jià)研究，并督促各種艙內(nèi)空氣質(zhì)量改善措施的實(shí)施。

目前國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)艙室環(huán)境相關(guān)指標(biāo)的限定值[2-9]如表1所示。

表1 國(guó)外艙室環(huán)境主要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求

在制定更新相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還伴隨著客機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷提升，對(duì)艙室環(huán)境進(jìn)行著不斷完善的仿真計(jì)算與試驗(yàn)研究。其中主要是針對(duì)進(jìn)入旅客區(qū)的艙室環(huán)境指標(biāo)參數(shù)諸如空氣流動(dòng)速度、機(jī)艙溫度等的變化情況，并利用Fluen等仿真平臺(tái)進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析，艙室環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)得到了持續(xù)更新完善。

2.1.2 技術(shù)研究方面

國(guó)外研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了大量的民用飛機(jī)艙室安全性與舒適性領(lǐng)域的研究，取得了豐碩的成果，這些成果目前都在國(guó)外先進(jìn)的民用飛機(jī)中有所應(yīng)用。目前對(duì)民機(jī)艙室環(huán)境的基礎(chǔ)研究和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，主要集中在波音集團(tuán)、空客集團(tuán)和前蘇聯(lián)民用飛機(jī)制造企業(yè)等機(jī)構(gòu)，其中以波音公司和歐洲空中客車公司為首，壟斷了世界旅客機(jī)市場(chǎng)的最大份額。

國(guó)外多家研究機(jī)構(gòu)曾開(kāi)展了長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的飛機(jī)客艙質(zhì)量環(huán)境調(diào)查和分析工作，其中影響較大的是歐洲航空客艙環(huán)境健康影響項(xiàng)目HEACE和客艙空氣質(zhì)量研究計(jì)劃Cabin Air，以及近期的理想客艙環(huán)境計(jì)劃ICE。

英、德、加拿大、美國(guó)等國(guó)研究機(jī)構(gòu)為了開(kāi)展艙室舒適感領(lǐng)域內(nèi)的深入研究，不惜重金建立了全尺寸地面模擬試驗(yàn)設(shè)施，以取得第一手艙室環(huán)境研究數(shù)據(jù)，充分體現(xiàn)了對(duì)高品質(zhì)艙室環(huán)境技術(shù)研究的重視。

國(guó)外在艙室環(huán)境相關(guān)技術(shù)方面的研究趨勢(shì)體現(xiàn)了對(duì)艙室環(huán)境舒適性、健康性的追求：

（1）艙室熱環(huán)境方面

熱舒適一直是航空艙室環(huán)境的重要研究?jī)?nèi)容。

①艙室溫度方面

溫度的影響其實(shí)相對(duì)比較成熟，ASHARE制定的舒適度指標(biāo)，室內(nèi)最適宜的溫度在20℃至24℃。根據(jù)航空醫(yī)學(xué)要求，最舒適的座艙溫度為20℃～22℃，正常保持在15℃～26℃的舒適區(qū)范圍內(nèi)。

民用飛機(jī)普遍采用24℃左右的溫度設(shè)計(jì)，也是延用借用這些研究的成果，同時(shí)關(guān)注21℃～27℃的調(diào)節(jié)范圍，但是有根據(jù)乘客需求適應(yīng)擴(kuò)大范圍的趨勢(shì)，例如A350和A380先后提出18℃～24℃和18℃～30℃的調(diào)節(jié)要求。

②艙室濕度方面

德國(guó)和美國(guó)在加濕方法和艙壁避免濕積累方面作了大量的前期研究。

A380用加熱的方法使得水份蒸發(fā)為水蒸氣向駕駛艙加濕。該駕駛系統(tǒng)避免了引用高壓氣體，更加適用于未來(lái)多電飛機(jī)的使用要求。B787通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)將客艙內(nèi)的濕度維持在20%～30%，比當(dāng)前4%的水平感覺(jué)更加舒適，創(chuàng)造出更適合人體健康的客艙空氣環(huán)境，有助于緩解乘客干澀的癥狀。

③艙室壓力方面

由于B787飛機(jī)采用了復(fù)合材料機(jī)身，整架飛機(jī)復(fù)合材料的比例超過(guò)50%，使得機(jī)身可以承擔(dān)更大的內(nèi)外壓差，從而使客艙的壓力高度更低。B787飛機(jī)在巡航時(shí)客艙壓力高度為6000英尺，飛機(jī)內(nèi)外壓力差高達(dá)9.43Psi，而現(xiàn)役的鋁制飛機(jī)巡航時(shí)的客艙壓力高度為8000英尺，飛機(jī)內(nèi)外壓力差約8Psi。

④艙室通風(fēng)方面

B787飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)為飛機(jī)的駕駛艙和客艙提供0.25kg/min/人的新鮮空氣（客艙溫度75℉，約24℃），并且能夠通過(guò)空調(diào)控制組件根據(jù)需求精確控制空調(diào)的輸出空氣流量。降低能量損耗以達(dá)到最高的經(jīng)濟(jì)效益。

由于上述研究的積累，使得最新研制的A380和B787在艙室熱環(huán)境方面有了長(zhǎng)足進(jìn)步，尤其B787巡航座艙高度降低為6千尺，減少了頭疼與頭昏。但飛機(jī)研制成功后，隨飛行包線的全程熱舒適控制還沒(méi)有被系統(tǒng)研究。德國(guó)的FTF試圖開(kāi)展真實(shí)飛行環(huán)境下的熱舒適研究工作，但就如何改善與控制目前還處于研究階段。

（2）艙室空氣污染方面

美國(guó)組建了多領(lǐng)域?qū)＜医M成的民機(jī)艙室空氣質(zhì)量協(xié)會(huì)，主要實(shí)施有關(guān)航空污染毒性及其對(duì)健康的危害等方面的評(píng)價(jià)研究。美國(guó)普渡大學(xué)等學(xué)者針對(duì)飛機(jī)艙室密閉空間氣體污染源辨識(shí)進(jìn)行了深入的研究。此外微量有害氣體向無(wú)害物質(zhì)的分解方法也成為目前研究的熱點(diǎn)。

B787飛機(jī)除了裝備當(dāng)前飛機(jī)使用的用于消除細(xì)菌、病毒與真菌的高效空氣過(guò)濾器（HEPA）之外，空調(diào)系統(tǒng)中還額外引入了一種新型氣體過(guò)濾系統(tǒng)（Gaseous Filtration），用以去除異味、刺激物與氣態(tài)污染物。在B787飛機(jī)空調(diào)空氣循環(huán)清潔系統(tǒng)中，從飛機(jī)的下艙收集到的再循環(huán)空氣比上艙的再循環(huán)空氣多經(jīng)過(guò)了一道氣體凈化氣濾，過(guò)濾掉了空氣中含有的刺激性氣味，使得再循環(huán)空氣更為清新，乘客感覺(jué)更舒適。避免了傳統(tǒng)依靠增大新風(fēng)量稀釋空氣污染濃度的方式帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)性代價(jià)。

（3）艙室人機(jī)功效方面

為了降低乘客長(zhǎng)途飛行的不適感，目前國(guó)外航空公司均投入巨大研發(fā)力量進(jìn)行該方面的面向?qū)嶋H的應(yīng)用技術(shù)研究。

B787飛機(jī)在客艙照明、艙頂和舷窗構(gòu)型以及艙內(nèi)空間等方面做出了很多改進(jìn)，在人機(jī)工效設(shè)計(jì)研制方面得到很大提升。

空客A380艙室采用了全雙層寬體機(jī)艙設(shè)計(jì)更高空間舒適性，能夠享受更多的自然光。

（4）艙室噪音方面

國(guó)外在民用飛機(jī)噪音領(lǐng)域發(fā)展迅速。早期以改善飛機(jī)乘坐舒適性為目標(biāo)的艙室噪音被動(dòng)控制方法研究為主，近年來(lái)，為了滿足FAR 36部適航噪音要求及更具競(jìng)爭(zhēng)力的艙內(nèi)噪音水平，進(jìn)行了低噪音發(fā)動(dòng)機(jī)、低噪音噴流和低噪音機(jī)體結(jié)構(gòu)主被動(dòng)降噪相結(jié)合的新技術(shù)研究。

美國(guó)NASA研究機(jī)構(gòu)和波音等航空公司投入了大量的人力和巨額資金，使民機(jī)降噪設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展到了分析結(jié)果比較準(zhǔn)確，材料和結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)充足，聲學(xué)設(shè)計(jì)體系完整，設(shè)計(jì)、分析過(guò)程規(guī)范，試驗(yàn)驗(yàn)證采用全尺寸部段級(jí)機(jī)身結(jié)構(gòu)、聲載荷模擬真實(shí)環(huán)境（聲學(xué)風(fēng)洞、發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)）的階段。

國(guó)外主要的環(huán)控系統(tǒng)供應(yīng)商也紛紛開(kāi)展了針對(duì)環(huán)控系統(tǒng)部件降噪技術(shù)的研究，如優(yōu)化制冷組件風(fēng)扇葉片，在沖壓空氣排氣活門外加裝消聲器等。同時(shí)，各主要飛機(jī)制造商及環(huán)控系統(tǒng)供應(yīng)商，如波音、空客、Honeywell也在不斷通過(guò)嘗試新的模擬和試驗(yàn)方法。

（5）驗(yàn)證技術(shù)方面

英、德、加拿大、美國(guó)等國(guó)研究機(jī)構(gòu)為了開(kāi)展艙室領(lǐng)域的深入研究，不惜重金建立了全尺寸地面模擬試驗(yàn)設(shè)施，以取得第一手艙室環(huán)境研究數(shù)據(jù)，充分體現(xiàn)了對(duì)艙室環(huán)境技術(shù)研究的重視。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)制定方面

目前國(guó)內(nèi)民機(jī)艙室環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)主要有：

（1）中國(guó)民用航空局頒布的CCAR 25是我國(guó)運(yùn)輸類飛機(jī)適航基本標(biāo)準(zhǔn)；

（2）技術(shù)規(guī)范，如2001年我國(guó)制定出HB 7489，其特點(diǎn)是從安全性、舒適性、可靠性、舒適性等方面闡釋對(duì)民用飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的通用要求，并與波音公司的B757、B767和A340機(jī)型的舒適性設(shè)計(jì)要求基本吻合；我國(guó)1994頒布的HB 7123為民機(jī)艙室噪音測(cè)量制定了依據(jù)。此外，還有HB6497-1991等，為艙室環(huán)境設(shè)計(jì)提供了方法和技術(shù)參考；

（3）建筑室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)要求，如GB l8883-2002，為艙室環(huán)境設(shè)計(jì)提供了參考和借鑒。

表2 國(guó)內(nèi)艙室環(huán)境主要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求

2.2.2 技術(shù)研究方面

隨著我國(guó)Y8及ARJ21、C919項(xiàng)目的進(jìn)行，國(guó)內(nèi)進(jìn)行了部分艙室環(huán)境品質(zhì)相關(guān)研究工作。C919參考B787為提高舒適度而增加濕度，降低巡航高度等。

然而，不足的是艙室環(huán)境相關(guān)研究還沒(méi)有提升到戰(zhàn)略高度。因此，為了提供更好更健康的艙室環(huán)境，我國(guó)需要大力發(fā)展具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的艙室環(huán)境相關(guān)研究。目前，國(guó)內(nèi)在艙室環(huán)境技術(shù)方面研究涉及相對(duì)較少：

（1）艙室熱環(huán)境方面

在整艙熱環(huán)境舒適性研究方面基本上還沒(méi)有考慮，只在目前艙室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中參考了Airbus關(guān)于溫度場(chǎng)和艙室壓力要求，滿足通風(fēng)、調(diào)溫、增壓要求。

在氣流組織設(shè)計(jì)方面國(guó)內(nèi)沒(méi)有開(kāi)展針對(duì)具體機(jī)型的氣流組織優(yōu)化試驗(yàn)研究。ARJ21只計(jì)算了溫度、氣流控制、流量面積、排氣格柵等。

（2）艙室空氣污染方面

國(guó)內(nèi)在艙室空氣污染控制設(shè)計(jì)中，未能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的污染物控制，大多是在制冷量設(shè)計(jì)時(shí)考慮滿足新風(fēng)量基本要求，未能有效稀釋空氣污染物濃度，最終影響了座艙的空氣品質(zhì)。

南京機(jī)電在創(chuàng)新基金項(xiàng)目研究中已開(kāi)展了除臭氧器研究，并研制原理樣機(jī)，完成了對(duì)該樣機(jī)的驗(yàn)證試驗(yàn)。

（3）艙室人機(jī)工效方面

我國(guó)民機(jī)設(shè)計(jì)中除了空氣質(zhì)量和熱感不盡人意外，另一個(gè)倍受關(guān)注的問(wèn)題是艙室內(nèi)部空氣幾何布局問(wèn)題，普遍存在空間幾何不舒適，主要體現(xiàn)在空間狹小、座椅尺寸不舒適等方面。

就目前現(xiàn)狀來(lái)看，與光環(huán)境設(shè)計(jì)相關(guān)的飛機(jī)座艙信息顯示方面的研究比較零散，未形成系統(tǒng)化的理論，主要偏重于探討某單一光學(xué)要素對(duì)人的視覺(jué)影響和對(duì)駕駛艙的工效作用，例如通過(guò)對(duì)儀表板“掃視”與照明均勻性的分析研究?jī)x表照明亮度不均勻?qū)︼w行員判讀時(shí)間的影響；通過(guò)不同照明光色進(jìn)行短時(shí)暗適應(yīng)的比較；通過(guò)試驗(yàn)分析得到不同光色照明下儀表的判讀時(shí)間與正確率，從而得到不同光色照明判斷正確率與亮度的關(guān)系曲線；通過(guò)對(duì)瞳孔直徑隨適應(yīng)時(shí)間變化曲線的分析，研究照明均勻度對(duì)視覺(jué)的影響；通過(guò)視覺(jué)功能曲線、對(duì)比敏感度與背景亮度的關(guān)系、儀表板不同亮度強(qiáng)光照射后的恢復(fù)時(shí)間研究飛行員的視覺(jué)功能等。西北工業(yè)大學(xué)提出了基于GL STUDIO軟件的飛機(jī)座艙儀表仿真及基于SPEOS CAA軟件的飛機(jī)座艙內(nèi)飾仿真的方法和應(yīng)用。北京航空航天大學(xué)人機(jī)與環(huán)境工程系在飛機(jī)駕駛艙光學(xué)模擬及其對(duì)顯示界面認(rèn)讀績(jī)效的影響方面也開(kāi)展了相關(guān)研究工作。

（4）艙室噪聲方面

我國(guó)在飛機(jī)艙室噪音方面的研究起步相對(duì)較晚，遠(yuǎn)不能滿足民機(jī)發(fā)展的需要。尤其對(duì)于大型客機(jī)研制，噪音控制方法的研究是未來(lái)發(fā)展不可或缺的重要分支。

上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院已經(jīng)開(kāi)展了針對(duì)通風(fēng)管路的降噪技術(shù)前期研究工作。中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所（航空623所）在噪聲控制方面也提出了多項(xiàng)主動(dòng)和被動(dòng)噪聲控制方法，收到較好的降噪效果，但需要進(jìn)一步研究。

（5）驗(yàn)證技術(shù)方面

目前ARJ21完成了通風(fēng)管路地面流量分配均勻性試驗(yàn)。試飛院完成了成品機(jī)的溫度場(chǎng)測(cè)量，并發(fā)現(xiàn)了低溫環(huán)境啟動(dòng)時(shí)艙室溫度場(chǎng)嚴(yán)重不均勻問(wèn)題，影響到艙室的熱舒適性和空氣質(zhì)量。

在地面試驗(yàn)研究方面，由于上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院剛剛組建進(jìn)行工作，所以目前主要的試驗(yàn)?zāi)芰谥泻降谝伙w機(jī)設(shè)計(jì)研究院。該院在關(guān)于高空環(huán)境與艙室環(huán)境控制方面的研究起步較早，建有高空環(huán)境模擬試驗(yàn)平臺(tái)。

南京機(jī)電建有高空環(huán)境模擬試驗(yàn)平臺(tái)，主體結(jié)構(gòu)是200m3的模擬大氣艙，試驗(yàn)臺(tái)采用自動(dòng)控制手段，具備數(shù)據(jù)采集功能。該平臺(tái)能夠滿足環(huán)境系統(tǒng)的高空環(huán)境模擬試驗(yàn)要求。

北京航空航天大學(xué)在艙室環(huán)境驗(yàn)證方面開(kāi)展了一系列的研究工作，擁有飛機(jī)座艙環(huán)境模擬艙和民機(jī)座艙工效評(píng)價(jià)試驗(yàn)臺(tái)，已開(kāi)展了艙室熱舒適性、污染控制和人機(jī)工效相關(guān)的驗(yàn)證工作。

3 存在的問(wèn)題與思考

在標(biāo)準(zhǔn)制定方面，國(guó)外的民機(jī)艙室環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)完善，主要包括運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)、咨詢通告和技術(shù)規(guī)范等；國(guó)內(nèi)在此方面的標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善，相關(guān)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)工作較多依據(jù)國(guó)軍標(biāo)、衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和地面室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，難以從整個(gè)過(guò)程上保證艙室環(huán)境設(shè)計(jì)符合民用航空的相關(guān)管理要求，因此亟需開(kāi)展民機(jī)艙室環(huán)境設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究。

在民用飛機(jī)艙室關(guān)鍵環(huán)境要素的技術(shù)研究方面，國(guó)外已開(kāi)展了大量研究工作，取得了豐碩成果，相關(guān)的技術(shù)成果已成功運(yùn)用于A380和B787，有利改善了艙室的環(huán)境品質(zhì)；而國(guó)內(nèi)對(duì)高品質(zhì)艙室的研究處于起步階段，尚未達(dá)到戰(zhàn)略高度，相關(guān)研究深度不夠，在艙室關(guān)鍵環(huán)境要素方面的研究還不完備，相關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)僅能滿足最低安全性設(shè)計(jì)要求，尚無(wú)法適應(yīng)高品質(zhì)艙室環(huán)境的發(fā)展方向，因此，亟待開(kāi)展民機(jī)艙室關(guān)鍵技術(shù)研究。隨著民用航空業(yè)快速發(fā)展，多電飛機(jī)成為未來(lái)民用飛機(jī)的發(fā)展方向。傳統(tǒng)臭氧轉(zhuǎn)化裝置的工作環(huán)境要求主要定位在發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)引氣條件下，該工況是高溫、高壓環(huán)境，對(duì)催化劑來(lái)說(shuō)，是十分理想的工作環(huán)境，因而除臭氧的轉(zhuǎn)化效率相對(duì)比較高，但隨著B(niǎo)787等多電化飛機(jī)的出現(xiàn)，取消了發(fā)動(dòng)機(jī)引氣這一常規(guī)引氣模式，而是采用了電動(dòng)壓氣機(jī)引氣[10]，電動(dòng)壓氣機(jī)引氣的效率非常高，造成壓氣機(jī)引氣出口的溫度很低，高空臭氧環(huán)境下，引氣出口溫度大部分情況下都處于90℃以下，這樣的引氣溫度，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)引氣下工作的臭氧轉(zhuǎn)化裝置的效率影響非常大。因此，為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)未來(lái)民機(jī)多電化的發(fā)展需求，需要開(kāi)展低溫條件下臭氧轉(zhuǎn)化技術(shù)研究。同時(shí)，由于多電飛機(jī)取消了傳統(tǒng)飛機(jī)的引氣系統(tǒng)，使得基于高壓引氣輸送的加濕系統(tǒng)不再適用，因此，續(xù)開(kāi)展基于電加熱的加濕技術(shù)研究。此外，溫、濕度、壓力、噪音、污染物的智能探測(cè)也是提高艙室環(huán)境的重要研究方向。

在民用飛機(jī)艙室演示驗(yàn)證的技術(shù)研究方面，國(guó)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)建立了大規(guī)模的地面模擬驗(yàn)證設(shè)備，并在長(zhǎng)期的研究工作中積累了大量的基礎(chǔ)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，為艙室環(huán)境品質(zhì)的驗(yàn)證評(píng)估及艙室設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化改型工作奠定了良好的試驗(yàn)基礎(chǔ)；國(guó)內(nèi)在此方面的驗(yàn)證一方面是主機(jī)廠所基于軍機(jī)驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)而來(lái)，另一方面是在高校開(kāi)展的模擬艙驗(yàn)證工作，雖能滿足部分指標(biāo)的驗(yàn)證，但隨著大型民機(jī)驗(yàn)證要求的日益提高，現(xiàn)有的驗(yàn)證手段將無(wú)法滿足驗(yàn)證需要。因此，需要開(kāi)展民機(jī)艙室環(huán)境驗(yàn)證技術(shù)研究。

4 結(jié)論

為了縮小與國(guó)外的技術(shù)差距，提升我國(guó)民機(jī)自主研發(fā)技術(shù)能力，亟需在艙室環(huán)境方面開(kāi)展一系列的研究工作，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）民機(jī)艙室環(huán)境設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究，建立指導(dǎo)我國(guó)民機(jī)艙室環(huán)境自主設(shè)計(jì)研制的標(biāo)準(zhǔn)體系；

（2）民機(jī)艙室環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)研究，深入分析影響民機(jī)艙室環(huán)境品質(zhì)的熱環(huán)境、空氣污染、人機(jī)工效和噪音等因素，開(kāi)展系統(tǒng)級(jí)和部件級(jí)關(guān)鍵技術(shù)研究和關(guān)鍵設(shè)備研制工作，具體包括低溫條件下臭氧轉(zhuǎn)化技術(shù)研究、基于電加熱的加濕技術(shù)研究以及溫、濕度、壓力、噪音、污染物的智能探測(cè)；

（3）民機(jī)艙室環(huán)境驗(yàn)證技術(shù)研究，搭建民機(jī)艙室環(huán)境地面演示驗(yàn)證技術(shù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)艙室環(huán)境的演示驗(yàn)證，進(jìn)一步開(kāi)展關(guān)鍵設(shè)備的適航取證工作。

[1] 劉猛,王浚.客艙環(huán)境質(zhì)量與環(huán)控技術(shù)研究[J].國(guó)際航空雜志,2009,(9):32.

[2] SAE ARP 85E-1991(R2007), Air conditioning systems for subsonic airplanes[S].

[3] ASHRAE_Standard55_2004, Thermal environmental conditions for human occupancy[S].

[4] FAR 25, The federal aviation regulations. The ministryofthe25th[S].

[5] SAE ARP 1270B(2010), Aircraft cabin pressurization criteria[S].

[6] AC 20-133, Cockpit noise and speech interference between crewmembers[S].

[7] CCAR-25-R4,運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)民用航空局,2011.

[8] GB/T 18883-2002,室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

[9] 《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：生命保障和環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:航空工業(yè)出版社,1999.

[10] 孟繁鑫,王瑞琪,高贊軍,等.多電飛機(jī)電動(dòng)環(huán)境控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].航空科學(xué)技術(shù),2018,29(2):1-8.

Study and Consideration on Present Situation of Civil Aircraft Cabin Environment

Zhou Yue1,2Zhang Helin1,2Cheng Dingbin1,2Hu Wenchao1,2

( 1.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Aero Electromechanical System Integration, Nanjing, 211106;2.AVIC Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems, Nanjing, 211106 )

Focus on thermal environment, air quality, ergonomic and noise of environment in cabin, it introduced the technology status and development status in standard and technology. In terms of standard system, the foreign civil aircraft cabin environmental standards is relatively perfect; in terms of key environmental elements, a large number of research has been carried out at abroad; in terms of technical research on demonstration and verification of civil aircraft cabin, relevant foreign research institutions have built large-scale ground simulation and verification equipment, and accumulated a large number of basic verification data in long-term research. Based on analysis of gap between home and abroad and the trend on more electrical aircraft, the key research direction of future civil aircraft cabin environment is analyzed. It is very helpful to provide technical support for the environmental control system development for wide-body civil aircraft in China.

cabin environment; thermal environment; air quality; ergonomic; noise; more electrical aircraft

V245

A

1671-6612（2020）02-251-06

周 月（1986-），女，碩士，工程師，E-mail：yuehao20103@163.com

2019-11-23