آلة دورة الهواء

وحدة تبريد الهواء ( ACM ) هي وحدة التبريد في نظام التحكم البيئي (ECS) المستخدم في الطائرات التي تعمل بمحركات توربينية غازية مضغوطة . عادةً ما تحتوي الطائرة على وحدتين أو ثلاث وحدات من هذا النوع. تُعرف كل وحدة تبريد هواء، بالإضافة إلى المكونات والأنابيب المرتبطة بها، باسم وحدة تكييف الهواء . تستخدم عملية تبريد الهواء الهواء بدلاً من مادة متغيرة الطور مثل الفريون في دورة الغاز . لا تتضمن هذه العملية تكثيفًا أو تبخرًا للمبرد، ويُستخدم الهواء المبرد الناتج مباشرةً لتهوية المقصورة أو لتبريد المعدات الإلكترونية.

طُوّرت آلات دورة الهواء لأول مرة في القرن التاسع عشر لتوفير التبريد على السفن. وتعتمد هذه التقنية على دورة برايتون العكسية (الدورة الديناميكية الحرارية لمحرك التوربينات الغازية)، وتُعرف أيضاً بدورة بيل كولمان أو "دورة التبريد القياسية بالهواء".

يتم تحقيق الضغط والتبريد والتمدد المعتاد في أي دورة تبريد في وحدة التبريد بالهواء المضغوط بواسطة ضاغط طرد مركزي ، ومبادلين حراريين من نوع هواء إلى هواء، وتوربين تمدد .

يُوجَّه هواءٌ مُستخلص من المحركات، أو وحدة طاقة مساعدة، أو مصدر أرضي، قد تتجاوز درجة حرارته 150  درجة مئوية وضغطه حوالي 220 كيلو باسكال ، ^{[ 1 ]} إلى مُبادل حراري أولي. يُستخدم هواء خارجي بدرجة حرارة وضغط محيطين كمُبرِّد في هذا المُبادل الحراري من نوع هواء-هواء. بعد تبريد الهواء الساخن، يُضغط بواسطة ضاغط طرد مركزي . يؤدي هذا الضغط إلى زيادة درجة حرارة الهواء (تصل إلى حوالي 250 درجة مئوية كحد أقصى)، ثم يُرسل إلى المُبادل الحراري الثانوي، الذي يستخدم بدوره الهواء الخارجي كمُبرِّد. يُحسِّن التبريد المُسبق عبر المُبادل الحراري الأول كفاءة وحدة تكييف الهواء، لأنه يُخفِّض درجة حرارة الهواء الداخل إلى الضاغط، مما يُقلِّل الطاقة اللازمة لضغط كتلة هواء مُحدَّدة (تزداد الطاقة اللازمة لضغط غاز بنسبة مُحدَّدة مع ارتفاع درجة حرارة الغاز الداخل).   

في هذه المرحلة، تكون درجة حرارة الهواء المضغوط المبرد أعلى قليلاً من درجة حرارة الهواء الخارجي. ثم يمر الهواء المضغوط المبرد عبر توربين التمدد ، الذي يستخلص الحرارة من الهواء أثناء تمدده، مما يؤدي إلى تبريده إلى ما دون درجة حرارة الهواء المحيط (حتى -20  درجة مئوية أو -30  درجة مئوية). من الممكن أن ينتج نظام تكييف الهواء هواءً مبردًا إلى أقل من 0  درجة مئوية حتى عندما تكون درجة حرارة الهواء الخارجي مرتفعة (كما قد يحدث عندما تكون الطائرة متوقفة على الأرض في مناخ حار). ^{[ 2 ]} يتم نقل الطاقة المستخلصة بواسطة توربين التمدد عبر عمود لتشغيل الضاغط الطارد المركزي الخاص بوحدة التكييف ومروحة سحب الهواء الخارجي للمبادلات الحرارية أثناء التشغيل على الأرض؛ ويُستخدم الهواء المضغوط أثناء الطيران. وتأتي الطاقة اللازمة لوحدة تكييف الهواء من انخفاض ضغط هواء السحب الداخل مقارنةً بضغط الهواء المبرد الخارج من النظام. تتراوح الفروق النموذجية من حوالي 30 رطل لكل بوصة مربعة (210 كيلو باسكال) إلى حوالي 11 رطل لكل بوصة مربعة (76 كيلو باسكال) . ^{[ 1 ]}    

الخطوة التالية هي إزالة الرطوبة من الهواء. يؤدي تبريد الهواء إلى تكثف بخار الماء الموجود فيه إلى ضباب، والذي يمكن إزالته باستخدام فاصل إعصاري . تاريخيًا، كان الماء المستخرج بواسطة الفاصل يُصرّف ببساطة في الخارج، لكن وحدات تكييف الهواء الحديثة ترش الماء في مداخل الهواء الخارجي لكل مبادل حراري، مما يمنح سائل التبريد سعة حرارية أكبر ويحسن الكفاءة. (هذا يعني أيضًا أن تشغيل وحدة تكييف الهواء في طائرة متوقفة على المدرج لا يترك أي بركة ماء).

يمكن بعد ذلك مزج الهواء في غرفة خلط مع كمية صغيرة من هواء المحرك غير المُكيَّف. يؤدي ذلك إلى تسخين الهواء إلى درجة الحرارة المطلوبة، ثم يتم توجيه الهواء إلى المقصورة أو إلى المعدات الإلكترونية.

من أبرز الشركات المصنعة لوحدات التحكم في الطيران (ACMs) شركة هانيويل للفضاء ^{[ 3 ]} ، وشركة ليبهر للفضاء ^{[ 4 ]} ، وشركة كولينز للفضاء ^{[ 5 ]} ، وشركة بي بي إس فيلكا بايتس ^{[ 6 ]} .

• دورة برايتون
• تبريد
• متلازمة التسمم الهوائي

• الرائد كونغ (6 يونيو 2013). "كيف تعمل الطائرات - الضغط" . ديلي كوس .
• ما هي دورة الهواء؟
• التشريعات والتوجيهات الصادرة عن حكومة المملكة المتحدة وهيئة الخدمات الصحية الوطنية (انتقل إلى الصفحة 5 للاطلاع على مخطط نظام إدارة المحتوى الآلي)