航空維修專業(yè)者，每天和你分享不一樣的飛機(jī)新鮮事！
中學(xué)背單詞，曾經(jīng)專門去找一些奇怪的3字母單詞，比如什么boa、eel、mog、ram、yak…… 我記得它們都是動(dòng)物的名字（蟒蛇、鰻魚、貓、公綿羊、牦牛……） 多年以后，在略有些沉悶的機(jī)型課上，看著書上的RAM AIR，我眼前浮現(xiàn)出的公羊（ram）同學(xué)突然“略”地吐出舌頭舔了舔空氣（air），于是我噴了一紙的紅牛，據(jù)回憶后邊的半節(jié)課氛圍還蠻活躍……
根據(jù)牛津詞典，ram在動(dòng)物界指的是a male sheep（公綿羊）；有些別的詞典還煞有其事地描述說它是uncastrated adult male sheep（沒有被去勢(shì)的成年公綿羊）；這種認(rèn)真勁兒，類似于把man 從 a male human 解釋成 uncastrated adult male human。
被動(dòng)物世界帶歪了的我，后來一直沒明白R(shí)AM AIR 和公羊到底有什么關(guān)系，直到查明ram原來有動(dòng)詞用法（意思是“沖擊”），我的腦子里還是冒出了“進(jìn)擊的公羊”的畫面（imaging a ram ram into sth.），這也導(dǎo)致我的機(jī)型知識(shí)很有奇幻色彩。 01 客艙的正常冷卻 正常情況下，在高空中，客艙空氣來自于外界稀薄的大氣，發(fā)動(dòng)機(jī)既是空氣的入口，也是空氣的壓縮機(jī)。
日常生活中，我們見過一種叫做“打氣筒”的手動(dòng)版“壓縮機(jī)”，一番操作以后，打氣筒摸起來有些燙手。而發(fā)動(dòng)機(jī)里的壓縮機(jī)，對(duì)稀薄的冷空氣進(jìn)行處理以后，使它達(dá)到五六百度以上也不足為奇，即便是發(fā)動(dòng)機(jī)自帶了稱為“預(yù)冷器”的冷卻裝置，當(dāng)這些空氣剛剛從側(cè)面（而不是后面）離開發(fā)動(dòng)機(jī)、被作為“引氣”交給飛機(jī)的其他系統(tǒng)時(shí)，溫度也仍然在200 ℃左右。 下面這篇短文介紹了引氣的3個(gè)比較“高”的特點(diǎn)。
引氣：發(fā)動(dòng)機(jī)“泵”出的“3高”氣體 在技術(shù)上，預(yù)冷器似乎有可能被設(shè)計(jì)得更加厲害，使引氣的溫度更低，朝著把發(fā)動(dòng)機(jī)和空調(diào)合二為一的方向努力進(jìn)化。畢竟，維修工程師們也沒少處理過“引氣溫度過低”的故障。
但是，鋁合金材質(zhì)的大翼前緣在高空需要150 ℃以上的熱空氣來防冰。再綜合其他眾多因素，由發(fā)動(dòng)機(jī)就近為大翼前緣輸出200 ℃的熱引氣，而把空調(diào)獨(dú)立出去作為專用于客艙的冷卻系統(tǒng)，這樣一個(gè)方案就成為了主流客機(jī)的選擇。 關(guān)于大翼前緣防冰，可以讀讀這個(gè)故事。
大翼前緣大脾氣：怕冷怕熱愛挑剔 因此，也就不難想明白為什么空調(diào)的主要工作部件被安排在了發(fā)動(dòng)機(jī)和客艙之間。事實(shí)上，空調(diào)組件（PACK，pneumatic air cycle kit）通常位于機(jī)腹區(qū)域主輪艙的前方，左右各有一套，相互獨(dú)立。
在冬季的高空，外界溫度可以低至-50 ℃。當(dāng)乘客們感受到了20℃的溫暖空氣，自然而然就會(huì)想到：飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)真厲害，能把空氣“加熱”得這么的暖！但真實(shí)的情況是：飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)只能制冷，不能制暖！ 空氣實(shí)際上經(jīng)歷了從溫度-50 ℃到500 ℃，再到200 ℃，再到20 ℃的三段旅程。第一段由壓縮機(jī)完成，第二段由預(yù)冷器完成，第三段則由空調(diào)組件完成；因此空調(diào)組件只是一個(gè)冷卻裝置。為了把200 ℃的熱引氣冷卻到20℃，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部有令學(xué)生們頭疼的復(fù)雜設(shè)計(jì)。 想要感受那種頭疼的減量體驗(yàn)版，可以看看這篇。我做了一些通俗化處理，因此應(yīng)該不那么難懂。
ACM：飛機(jī)空調(diào)的動(dòng)力裝置 但是無論設(shè)計(jì)得多么復(fù)雜，它最終都要遵循這樣的簡(jiǎn)單常識(shí)：物體的多余熱量必須被外界帶走，才能冷卻下來。也就是說，熱引氣里有一些我們不想要的“廢熱”，必須被帶走。那么如何帶走？ 當(dāng)我們揚(yáng)起雙翅，迎面吹來了涼爽的風(fēng)。在空中，極為涼爽的風(fēng)，猶如公羊發(fā)起的沖擊，以等同于飛機(jī)的極高速度進(jìn)入“沖壓空氣管道”，先后兩次經(jīng)過不同的“熱交換器”，以極高的效率帶走熱引氣中的廢熱，甚至能讓空調(diào)組件出口的溫度降低到零度以下。為了修正這超過200 ℃跌幅的過度冷卻，組件甚至不得不通過專門的直達(dá)管道引入未經(jīng)冷卻的原始引氣，和過冷的空氣混合之后，回到了人體感到舒適的范圍，這才敢送往客艙。
熱引氣的使命，是成為空調(diào)空氣；而沖壓空氣的任務(wù)，是帶走熱引氣中的廢熱。兩者必須接觸，卻不可以結(jié)合，就像被施加了辦公室戀情的禁令。在沖壓空氣管道里，熱量顯然是單方向傳遞的，盡管這一過程被叫做“熱交換”。沖壓空氣在完成這種所謂的“交換”之后，就完全失去了利用價(jià)值，不得不帶著廢熱匆匆離開。在地面，你能在“沖壓空氣出口”體會(huì)到它煩躁的心情：溫暖以至燙手、吵鬧以至刺耳。
當(dāng)你轉(zhuǎn)身要離開這個(gè)也許引發(fā)了某些回憶的區(qū)域，冷靜下來想一想，在地面并沒有“涼爽的風(fēng)”，這時(shí)沖壓空氣從哪兒來？答案就是ACM（Air Cycle Machine，空氣循環(huán)機(jī)），它是一個(gè)“三位一體”的動(dòng)力裝置。它和發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)家族的熱力學(xué)機(jī)械，都有壓縮機(jī)、渦輪和風(fēng)扇。壓縮機(jī)和渦輪接觸熱引氣，而風(fēng)扇部分暴露在沖壓空氣管道內(nèi)部。當(dāng)使用“地面空調(diào)”來冷卻客艙，或者僅僅只是關(guān)閉了飛機(jī)自身的空調(diào)時(shí)，整個(gè)空調(diào)組件，包括ACM在內(nèi)的所有部件都停止工作，這時(shí)候你把手機(jī)伸進(jìn)沖壓空氣出口，可以拍攝到ACM的風(fēng)扇。
當(dāng)高速的熱引氣沖擊渦輪，渦輪就帶動(dòng)了同在一根軸上的風(fēng)扇，因此在地面時(shí)，靜止的外界空氣被強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)，同樣能在管道里產(chǎn)生高速氣流。摘除手套之后，你可以把手放在入口處感受一下氣流有多快，不必?fù)?dān)心，這里是冷空氣；但是在出口處必須保持距離，小心燙傷。 下面這篇有點(diǎn)兒長(zhǎng)，可以只看05部分，也許有助于理解渦輪和風(fēng)扇的關(guān)系。
頭痛何以醫(yī)腳：代碼TCV，故障ACM 02 客艙的緊急增壓 下圖展示了接入“地面空調(diào)”的情形，接口也叫低壓空氣接口（LP air connector）。請(qǐng)注意，使用“地面空調(diào)”和在地面使用“飛機(jī)的空調(diào)”是兩回事！地面空調(diào)是飛機(jī)自身空調(diào)的替代品，因此從地面空調(diào)進(jìn)入飛機(jī)的空氣，與組件出口的空氣一樣，也是先進(jìn)入混合室（mixer unit），然后才分配到艙內(nèi)的各區(qū)域。
使用地面空調(diào)，僅僅是替代了組件的溫度調(diào)制功能。然而在空中，組件還需要為客艙“增壓”，確保身處于高空的乘客不會(huì)出現(xiàn)“高原反應(yīng)”。如果兩側(cè)的空調(diào)組件都?jí)牧耍蛘呖照{(diào)組件的全部氣體來源（2個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)和1個(gè)APU的引氣系統(tǒng)）故障了，或者引氣系統(tǒng)的上級(jí)（也就是發(fā)動(dòng)機(jī)和APU本身）都?jí)牧耍敲纯膳碌摹搬寜骸本鸵l(fā)生了。設(shè)想一只泄氣的氣球，區(qū)別在于飛機(jī)這只氣球是鐵殼子做的。好在，另一個(gè)替代品此時(shí)可以發(fā)揮“緊急增壓”的作用。 下圖展示了“緊急沖壓空氣入口”（Emergency Ram Air Inlet）在空中被打開的情形。讀者剛剛看過使用地面空調(diào)的情形，在對(duì)比中會(huì)發(fā)現(xiàn)，在地面時(shí)這個(gè)入口是和機(jī)身完全平齊的啊，難怪一直不太知道它在哪兒。是的，這部件的附近也沒有標(biāo)記和文字，隨口一問，很多老司機(jī)和老機(jī)務(wù)也反應(yīng)不過來。
這個(gè)入口和地面空調(diào)接口相鄰，同樣是直達(dá)混合室的。從這里進(jìn)入的沖壓空氣，孤軍奮戰(zhàn)，盡管低溫和稀薄，卻是十分救命的。不存在“應(yīng)急沖壓空氣管道”和“應(yīng)急沖壓空氣出口”；不用于熱交換，不會(huì)被立即舍棄。 但是，關(guān)于這個(gè)入口，“應(yīng)急”通常只刻在飛行員心中，面板上的字只有RAM AIR。可以在任何高度打開黑色保護(hù)蓋并按入這個(gè)電門，入口都會(huì)打開，但沖壓空氣還需要克服一個(gè)“單向活門”的機(jī)械阻擋才能進(jìn)入混合室。注意，入口的打開和活門的打開是兩回事，手冊(cè)里可能會(huì)用inlet flap和valve來區(qū)分它們。
因?yàn)椴粩嗟匦箽猓?dāng)艙內(nèi)壓力降低到了一定水平，內(nèi)外壓差（△P）小于1 psi，沖壓空氣的能量足以推開單向活門，進(jìn)入客艙。在緊急增壓時(shí)，程序要求的另一個(gè)條件是下降到FL 100，這主要是考慮到增壓效果和進(jìn)氣溫度。 除了用于緊急增壓，這個(gè)入口也用于排煙程序。其它應(yīng)用還有客艙的緊急冷卻，我們已經(jīng)知道空調(diào)系統(tǒng)的空氣來自于200 ℃的熱引氣，那么理論上空調(diào)故障可能導(dǎo)致客艙空氣達(dá)到很高的溫度。此外，在一些程序里，如起落架不正著陸程序和陸地迫降程序，也提到了它可以用于確保在地面上能夠“完全釋壓”，這時(shí)候它是外流活門的補(bǔ)充。 總之，從這里進(jìn)入的沖壓空氣，和從來不進(jìn)入客艙的、從屬于組件的那種沖壓空氣不同。它總是用于應(yīng)急，但有時(shí)它又可能會(huì)和第三種沖壓空氣混淆。驅(qū)動(dòng)RAT的沖壓空氣，同樣是從來不進(jìn)入客艙，但也總是用于應(yīng)急。 又是公羊，又是老鼠的，還真是奇幻啊……
參考資料
|
