基于智能优化算法的飞机座舱环境设计

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1、第一章绪论小，这些因素都造成了乘客的不舒适感。很多调查研究也显示，目前飞机座舱的[3-5]环境状况并不理想，还不能满足乘客对于健康性和舒适性的要求。更严重的是，由于机舱内部为封闭空间，人员密度大，如果通风不合理，一旦在机舱内部发生污染物释放或空气源疾病传播，将会对乘客的生命财产安全造成巨大的伤害。例如，2003年，一架由香港飞往北京的飞机上，由于疑似一位非典病人的感染，结果导致120名登机人员中16人患病，另有6人疑似感染了[6]非典病毒。因此，设计合理的机舱气流组织系统，构建健康、舒适的座舱环境，对于保障乘客的人身财产安全，意

2、义重大。另一方面，乘客对于机舱环境不舒适的抱怨，也直接影响了飞机的设计。随着飞机销售市场的竞争日益激烈，国际主要的飞机制造商对于飞机座舱内舒适性的重视程度越来越高。如Boeing公司推出的787客机，就以营造更加宜人的客舱环境为设计目标，设计了更加宽敞的座椅，为乘客提供更清新的空气。而欧洲[7]航空业启动的理想客舱环境（IdealCabinEnvironment，ICE)项目，也志在提高座舱环境的舒适性。大型飞机项目作为我国的战略性产业，如果要在国际竞争中占据有利地位，就必须重视飞机座舱环境的健康和舒适情况。1.2飞机座舱环境设

3、计简介商业飞机的巡航高度通常在海拔10000米以上，在这样的高空条件下，大气oo温度大约是-55C（-67F），气压大约是海平面处压力的1/5，空气中几乎没有[8]水分。在这样的极端环境下，人类无法生存。飞机环境控制系统（EnvironmentalControlSystem，ECS）就是在这种极端环境下，为机上所有乘员和设备提供正常工作的环境条件。飞机环境控制系统包括增压座舱、座舱供气和空气分配、温度控制和湿度控制等子系统。其中，涉及到座舱舒适性和空气品质的，主要是座舱空气分配、温度控制等方面，这些都与座舱送风有关。概括的说，飞

4、机座舱的送风系统决定了机上乘员的舒适性和座舱内的空气品质。目前，飞机上应用最为广泛的送风系统是混合送风系统，如图1-2所示。在这种送风形式下，经过处理的空气以较高的风速从顶部的风口送入飞机座舱，之后与座舱内部的空气混合，最后从底部的风口排出。混合送风的研究历史悠久，技术成熟，能够使得座舱内的空气混合的比较均匀。除此之外，还有地板置换送风、个性化送风等送风方式。飞机座舱环境设计，主要就是调整座舱送风方式和相关送风参数（如送风速度、送风温度等），使得座舱内的空气、温度分布都在一个合理的范围之内，保证座舱环境的安全、健康和舒适。要想设

5、计出健康而舒适的飞机座舱环境，首先2万方数据第一章绪论要知道什么样的环境是健康而舒适的，有哪些指导性的参数，这样才能有针对性的对机舱内的流场、温度场等做出调整。图1-2飞机座舱送风系统影响空气品质的因素很多，如污染物种类、污染物浓度等。但是具体到飞机座舱内，存在的主要问题是乘客呼吸到的新鲜空气不足，污染物在座舱内交叉传播，不易排出。因此，飞机座舱内部，特别是乘客及空乘人员的呼吸区，需要更多的新鲜空气供应。而空气龄就是反映了室内空气新鲜程度的指标，而且空气龄易于计算，所以在飞机座舱环境的设计中得到了广泛的应用。空气龄是指空气从入口

6、到达房间某一位置的时间，房间内某处空气龄越小，表明该位置的空气越新鲜，因而空气品质也就越好。舒适性方面，飞机座舱送风系统影响到的，主要是人体热舒适性。目前国际上最通用的热舒适评价指标是丹麦的Fanger教授提出的PMV（PredictedMean[9]Vote）指标。PMV综合考虑了环境因素（空气温度、湿度、空气流速和平均辐射温度）和人体自身因素（人体新陈代谢水平、衣着状况）对热舒适的影响，反映了人体整体的热舒适程度。除此之外，人体局部的不舒适（主要是吹风感）也会导致乘客的不满意。ASHARE标准中衡量人体局部吹风感的指标是DR

7、[10]（DraftRate），而且规定DR的取值不应该超过20%。3万方数据第一章绪论1.3国内外研究现状目前国内外对于飞机座舱环境的研究，主要集中在机舱送风形式的调整和座舱内污染物传播的研究。其中，座舱送风形式调整的目的，是合理分配气流组织，以此提高座舱内的舒适性，降低污染物的交叉传播感染。研究方法主要包括实验[11]方法和数值模拟方法。1.3.1飞机座舱送风形式当前飞机上应用最为普遍的是混合送风形式。但是这种送风形式下新鲜空气的利用率不高，而且也容易造成污染物的快速传播。为此，研究者们提出了多种改进的送风形式，来克服这些缺

8、点。[12]Zhang和Chen较早地提出将地板置换送风和个性化送风应用于飞机上面。在他们研究的置换送风中，气流由安置在走廊地板上的风口送入座舱，最后由座舱顶部的风口排出。而在个性化送风形式中，安置在座椅后背上的风口送入部分新鲜空气，另一部分回风由地板送风口送入