ICS 49.095 V 44
HB 8513-2015
民用飞机环境控制系统污染控制要求
Contamination control requirements for environmental control system of
civil aircraft
2015-07-14 发布 2016-01-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本标准按照 GB/T 1.1-2009 给定的规则起草。
本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所、中国商用飞机有限公司上海飞机设计研究院、中国航空综合技术研究所。
本标准主要起草人：辛旭东、张翠峰、马庆林、杨文强、李艳娜、郭耀东。
民用飞机环境控制系统污染控制要求
1 范围
本标准规定了民用飞机环境控制系统污染控制的通用技术要求。
本标准适用于民用飞机环境控制系统的设计、制造。本标准不适用于燃油蒸气、硫化物等气态污染物控制。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件，凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
《中国民用航空规章第 25 部〈运输类飞机适航标准〉》(CCAR-25-R4) 中国民用航空总局
2011 年 11 月 7 日民航总局令第 209 号
3 术语和定义、缩略语
3.1 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
污染物 contamination
任何可能对环境控制系统、分系统、设备、部件和材料的工作、可靠性和性能造成危害或不可忽略影响的非要求外来物。
3.1.2
污染物源 contamination origin
污染物的来源。
3.1.3
污染物控制 contamination control
为保证环境控制系统清洁而采取的所有措施和活动。
3.1.4
环境控制系统污染物 environmental control system contamination
经由环境控制系统进入飞机的气、液态和颗粒状污染物。
3.1.5
颗粒物 particle
具有可观测的长度、宽度和厚度，尺寸为 1μm～100μm 的颗粒状固体和液体物质，包括纤维物。
3.1.6
颗粒物尺寸 particulate size
按颗粒物的最大线性尺寸或直径表示的尘粒大小。
3.2 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
APU：辅助动力装置(auxiliary power unit)
ECS：环境控制系统(environmental control system)
4 要求
4.1 材料
飞机 ECS 所使用的材料应与系统的工作环境相适应，并考虑其对系统污染的影响，不应对系统造成二次污染。
为保证 ECS 性能、可靠性、维修性，应正确选择材料及其防腐措施。
a) 应避免使用镁和镁合金，如果必须使用时，应采取必要的防腐措施;
b) 对某些不锈钢的使用应采取下列限制：
1) 对工作温度超过 370℃, 不应使用不稳定的不锈钢;
2) 工作温度超过比退火温度低 10℃时，不应使用冷轧不锈钢;
3) 工作温度超过 400℃,不应使用时效硬化不锈钢。
c) 镀镉材料的工作温度应限制在 232℃以下，以避免镉发脆损坏。在正常状态或附件故障后， 镉蒸汽或粉末可能进入座舱之处，不应采用镀镉和镀铍的材料。
d) 氯丁橡胶使用的最高工作温度不超过 120℃。当氯丁材料与任何对氯化物敏感的材料接触或紧挨着时，其工作温度不应超过水的沸点温度。
e) 应避免使用易于霉菌滋生的有机材料。
f) ECS 所使用的所有粘合剂、胶带、密封胶等， 不应分解、损坏、性能下降或水份化合形成腐蚀剂。
4.2 系统设计与结构
4.2.1 防颗粒污染物
4.2.1.1 ECS 设计应能防止固体颗粒物侵入、滞留和污染系统。
4.2.1.2 引气系统应装有过滤网或相应的防污染措施，以防杂质或异物进入影响下游系统性能。
4.2.1.3 压力控制管路应装有过滤网或相应的防污染措施，以防杂质或异物进入影响系统性能。
4.2.1.4 当引气系统与飞机其他功能系统使用同一气源时，应采用隔离装置进行隔离。无论是机上或地面气源的气体进入系统，均须经过气滤，以清除气体中的尘埃及杂质。气滤的过滤精度应与污染控制要求相适应并应符合有关规范的规定。
4.2.1.5 颗粒污染物的有关内容可参见附录 A。
4.2.2 APU 进气口设计
4.2.2.1 为避免使进气口最大程度地暴露于跑道尘埃、液体泄漏及尾气回流的环境下， APU 的进气口不应设在机身的底部。
4.2.2.2 APU 进气口一般布置在机身或尾翼的高处，避免雨、雪进入进气口，不应影响 APU 的正常启动和工作。
4.2.2.3 应避免 APU 的进气口受外部排水杆、废水箱通风口、机身排水口的污染。
4.2.2.4 APU 进气口可通过在入口布置 V 形槽或周边偏流装置使进口周边的液体流向改变，防止液体的回流。偏流装置应考虑到飞行和静止两种状态， 其布置安装应保证任何液体都能排完，防止像机体液滴一样被吸入。
4.2.3 引气口设计
4.2.3.1 应在发动机引气口处安装清洁器，清洁器可为自清洁式，应能清除 90%的污染物并且其压力损失在可接受范围之内。清洁器通常不需定期的维护。
4.2.3.2 当使用过滤器时，应定期维护。防止过滤器堵塞、增加系统阻力和能量损失。
4.2.3.3 应采取措施在引气源处防治污染。在进入 ECS 之前的引气口应设计成将大气灰尘分离。通常外涵道引气口设计应过滤掉 60%的灰尘，内涵道引气口设计应过滤掉 95%的灰尘。
4.2.3.4 热交换器的布置应使热交换器冲压进气口的位置远离可能被污染的区域，如起落架和反推装置等位置。如无法避免，则应为地面工作设计一种能够分离颗粒污染物的进气装置。
4.2.4 电子设备空气入口设计
4.2.4.1 应为需要防护的电子设备设置空气过滤装置，防止被强迫冷却的电子设备可能受到棉絮、其他纤维物质、烟焦油和空气中微粒的污染， 而影响冷却空气流量的分配，降低系统冷却流量。其设置要求应根据整个通道流量以及设备舱空气中所含污染物决定。
4.2.5 通气口位置
4.2.5.1 ECS 的所有通气口位置应设在气流比较稳定的区域，通气口可设置防尘网或防虫网，应防止外来物进入或堵塞通气口。通气口位置应能防止水分积聚在通气管中，并防止结冰现象发生。
4.2.5.2 水上飞机的通气口应布置在飞机最大起飞重量时浸水线之上，以防止飞机起飞、降落时水滴溅入系统。
4.3 污染物控制要求
4.3.1 座舱污染物控制
在增压、非增压和减压期间应避免可能引起爆炸危险的气体浓度。在地面和飞行工作期间， 座舱内的空气应满足如下的要求：
a) 一氧化碳浓度不应超过 1/20,000;
b) 二氧化碳浓度不应超过 0.5%的体积含量(海平面当量)。
注：此条要求与 CCAR-25-R4 中§25.831(b)一致。
4.3.2 电子设备污染物控制
应采取措施防止沙尘损坏用空气冷却的电子设备。输入电子设备内部进行强迫对流的空气含有的砂尘量，推荐值为不超过 0.0022g/kg。冷却空气不应有直径超过 400μm 的颗粒。
4.4 新鲜空气供气量
4.4.1 在正常工作或者任何可能失效的情况下，应提供足够的无污染空气，使机组能够完成其职责而不致过度疲劳，并且保证旅客的舒适性。供入座舱的新鲜空气量应不少于每分钟 250 克/人。
注：此条要求与 CCAR-25-R4 中§25.831(a)一致。
4.4.2 在通风、加温、增压或其他系统和设备正常工作和合理可能的失效故障时，应没有有害或危险浓度的燃气或蒸气。如果在驾驶舱区域有合理可能积累危险数量的烟， 则应能在完全增压和非增压的情况下迅速排烟，同时减压不应超出安全限度。
注：此条要求与 CCAR-25-R4 中§25.831(c)(d)一致。
4.5 座舱臭氧浓度
飞行时座舱的臭氧浓度应符合以下要求：
a) 飞行高度超过 9750m 的任何时刻，不应超过 0.25/1,000，000 体积含量(海平面当量);
b) 飞行高度超过 8230m 以上任何 3 小时期间，不应超过 0.1/1,000,000 体积含量(海平面当量时间加权平均值)。
注：此条要求与 CCAR-25-R4 中§25.832(a)一致。
4.6 成品附件
4.6.1 引气清洁器
4.6.1.1 引气清洁器应能除去进入系统超过 90%质量的微粒，随着微粒体积的增加清洁器的效率增加。
4.6.1.2 一般清洁器应用离心原理将灰尘颗粒甩向外围，通过气流将严重污染的空气带走。清洁器可以安装在有连续气流的管路上，设有关断阀，只允许在地面和低海拔时工作。
4.6.1.3 清洁器的安装应考虑到所有污染源和设备的保护，如 APU 和地面气源车都是污染源，清洁器应安装在可清除从这些污染源和主发动机来的污染物的位置。
4.6.2 过滤器
4.6.2.1 过滤器的过滤精度、过滤效率和纳污容量应与系统要求的固体颗粒污染控制水平相适应。
4.6.2.2 再循环系统应能过滤掉空气中大于 0.3μm 的污染物。
4.6.2.3 过滤器应根据使用要求制定相应的定期维护计划，以避免过滤器会产生很大压降和流阻，降低系统性能，甚至还可能会导致设备失效。
4.6.3 引气附件
4.6.3.1 引气附件的设计应具有抗污染的能力。可减小伺服控制流量、维持较大控制限流环尺寸、使用光圈执行机构替代膨胀密封环、用可除脏物特性防止关键气动回路堵塞。执行机构的轴应使用预成型的密封圈或者其他轴密封件密封。通常轴承需用防尘帽和较好的密封防护， 以减少泄漏，当蝶阀或闸阀流过高速气流时应选用合适的材料。
4.6.3.2 当使用较小的控制通道、限流环、阀门和毛细管等调节装置，引气作为动力时，控制管路通道应保证气流连续通过，与其他气动装置相比，这些装置在没有气流的情况下仍能依靠空气压力正常调节。
4.6.3.3 高速喷气飞机的气源含有硅物质颗粒，主引射动力喷射泵不能高速喷射到管路或附件上，否则将会引起严重的腐蚀。
4.6.4 气动活门和调节器
4.6.4.1 气动控制回路应设置污染物清除装置，使污染的影响最小化。通常调节装置受限流环、密封圈、制动器和小通道内的脏物聚集所影响， 使得调节精度偏离、泄漏增加、控制不稳或完全控制失效等。
4.6.4.2 根据系统使用部位不同以及对飞机系统性能的影响程度，可选择可拆卸或不可拆卸过滤装置，或具有污染物惯性分离特性的清洁装置。
4.6.5 空气循环涡轮冷却器
4.6.5.1 空气循环涡轮冷却器设计应减少颗粒污染物尤其是引气系统主要污染物硅化物对涡轮喷嘴的侵蚀破坏，以及对涡轮叶片的损坏和吸入油槽后导致的轴承失效。
4.6.5.2 应为喷嘴环选用合适的金属或非金属镀层，增加表层硬度，提高抗磨损能力，以减少对喷嘴环的腐蚀。
4.6.5.3 当采用油润滑轴承时，密封面设计应能防止颗粒物进入。
4.6.5.4 在进行涡轮冷却器可靠性设计时，可参见附录 B。
4.6.6 热交换器
热交换器冷边一般为冲压空气，空气中的灰尘、油气等会在热交换器上附着，影响换热效率及空气循环机的正常工作，应制定定期维护的工作计划对热交换器的污染物进行清洗。
附录 A
(资料性附录)
污染物类型及污染物源
A.1 污染物类型
与 ECS 设计有关的污染物有以下三种类型：
a) 气态和液汽态污染物
发生在飞机成品附件内，或成品附件运行环境中，气态和液汽态污染物将通过 ECS 进入座舱。
b) 液态污染物
因为系统泄漏或系统维护不当而产生。这些液态污染物通过 APU 或发动机进入 ECS。
c) 颗粒污染物
包括沙尘、金属物、碳化物等。在飞机起飞、着陆或地面状态时， 由于抽吸作用将机场跑道上各颗粒随气流吸入发动机、APU 或地面气源车。
A.2 气态和液汽态污染物源
A.2.1 发动机润滑油
发动机引气口上游压缩机轴承润滑油是进入并污染发动机压缩空气的主要来源，污染物经发动机引气口进入引气系统，并进一步污染座舱/驾驶舱和电子设备舱通风。
A.2.2 成品附件
安装在发动机进气口附近并由发动机主轴驱动的各成品附件是引起各种液体进入 ECS 引气系统的来源。
A.2.3 发动机舱冷却气流
在发动机舱可能有各种易燃液体管路、灭火设备及附件。如果从发动机进气道附面层引出冲压冷却通风空气，地面状态时可能会导致发动机进气端出现负压，从而使舱内周围气流进入发动机。如果发生燃油泄漏或灭火器内液体泄漏，那么污染物将进入发动机压缩空气，进一步经引气系统供入座舱。
A.2.4 涡轮冷却器
当轴承或密封失效时，油槽或轴承上的润滑油会进入 ECS 内。
A.2.5 运行环境
机场环境中含有各种未燃或部分燃烧的碳氢化合物，这些污染物以油烟形式经 APU、地面气源车或发动机引气供入 ECS。
A.3 液态污染物源
飞机系统内使用的任何液体及清洁用品都可能成为 ECS 污染物，包括润滑油、液压用液体、燃油等。这些物质可能是空气中悬浮或附着在飞机外侧的液滴，通常经过 APU 进气口进入 ECS。若 APU和发动机使用乙二醇除冰，这些消耗物则可能在压气机中分解，产生刺鼻的烟雾，迅速污染整个 ECS
和座舱。
A.4 颗粒污染物源
A.4.1 环境中的颗粒物
大气环境中尘粒规格众多、数量无限， 大多尘粒尺寸从小于 1μm到约 100μm 范围内变化。空气中小于 1μm 的尘粒除对座舱排气出口污染外，对其他影响甚微。图 A.1 为大气中尘粒的尺寸规格分布情况。
图 A.1 中重量曲线右侧的区域，是 ECS 设计时应特别关注的区域。
图 A.1 大气尘粒尺寸分布
图 A.2 机场跑道污染物颗粒分布
颗粒污染物可能由各种不同材料物组成，取决于所处工作环境、发动机距跑道的高度及进气口与起落架的相对位置等。磨损材料如硅化物、金属碎片等大多会导致膨胀涡轮喷嘴侵蚀， 而碳化物和棉织物等将堵塞过滤网、节流孔。
对机翼下悬挂发动机地面开车，取样污染物的颗粒尺寸、类型和成分组成见表 A.1 和表 A.2。
表 A.1 污染活门和水分离器的颗粒尺寸
表 A.2 附件内发现的污染物成份(重量百分比)
颗粒物经发动机、APU 或地面气源车进入 ECS，对于应急通风，可经冲压进气口进入混合室，所有供气源在设计时应考虑对其进行防污染控制。
A.4.2 发动机引气
在地面开车或滑行、低空爬升、下降时， 发动机可能吸入各种颗粒。对于发动机安装靠近地面的飞机，起飞过程吸入的颗粒占总量的 25%～30%，进场和反推打开时吸入的颗粒占总量的 10%～50%，其余为飞机地面滑行过程中吸入的颗粒百分比量。对于机身尾部安装的发动机， 吸入颗粒最大量百分比出现在反推力打开过程。
A.4.3 APU 和地面气源车
机场周围大气总是存在着污染，因此对 ECS 构成了高百分比的污染。图 A.3 显示了地面气源车或APU 地面使用时将产生高百分比的污染与其使用时间和飞行总时间比值变化的函数关系。对于机身尾部安装发动机飞机，测量由 APU 供入的污染量小于飞机主发动机反推使用时的污染量。
如果 APU 或地面气源车从压气机引气，则吸气口设计应同主发动机一样能防止颗粒进入。
A.4.4 座舱污染物源
纤维材料污染物多来源于地毯、座椅材料、旅客行李和衣物， 目前还无办法消除，将对座舱和电子设备造成污染。
烟草焦油也是不能从源头进行控制的污染源，焦油遇冷沉积，通常焦油颗粒和纤维粘在一起。
图 A.3 地面污染源
附录 B
(资料性附录)
涡轮冷却器喷嘴对座舱温度的影响
可参照图 B.1 显示座舱温度和供气量随空气循环涡轮冷却器喷嘴磨损而增加的典型情况，对空气涡轮冷却器进行可靠性设计。
图 B.1 民用运输类飞机空气涡轮冷却器喷嘴磨损对座舱温度的影响
