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1 # 秋風萬里盡朝輝
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2 # 王司徒軍武百科
那麼大功率的噴氣渦輪發動機掛在飛機上,說沒有空調你信嗎?
坐在飛機裡並不熱,大多數時刻還很寒冷。越往高空走,溫度就愈發的低,所以在過去沒有密封駕駛艙的時代,飛行員只能靠皮夾克、厚飛行帽和體格來頂,最早的熱水袋和電阻暖手寶就是給飛行員們準備的。
上圖.F16的ECS
現代戰鬥機早已採用了密封座艙,並且採用了專門的“環境控制系統”(Environmental control system,ECS),這種“空調”能自動化可控調節,多采用旋鈕控制,與汽車上的空調操作沒什麼太大區別。
但原理上ECS更粗暴,它直接利用發動機熱量與機外冷空氣交換,透過調整交換比例來控制溫度,反正寒冷的高空壓根不需要氟利昂壓縮機進行熱量搬運。這些飛機的空調系統至少使用一個衝壓空氣換熱器和一個帶有膨脹渦輪的空氣迴圈機,以從排出的空氣中去除熱能。
上圖
.F16戰機ECS
的氣口除了給飛行員製造溫度,ECS還會透過電力管理一些相關事宜,比如維持艙壓、給座艙蓋除冰除雨除霧,加熱艙蓋等等,甚至還具備溼度分離功能,但需要注意,ECS雖然“高大上”但並非萬能,比如飛機停在地面以後,它也就失去了作用。
此時怎麼解決空調問題呢?沒關係,地勤的同志會開來專門的空調機車(air cart或Aviation Air Conditioner, 它們有時還會被用來輔助加壓啟動發動機),直接給飛機接一根冷風進去,供電也會換成外源模式,如此也就不存在什麼空調問題了。
實際上,隨著飛機飛行的速度加快,它們的外殼也會因為持續的與大氣摩擦產生熱量,會重新產生一個從極冷到極熱的過程。比如MIG-25“狐蝠”和SR-71“黑鳥”,它們的機體都會因為急速飛行而產生高熱,某些區域性甚至會被燒紅。如果沒有ECS系統幫助快速降溫,飛行員可就真危險了。“黑鳥”的飛行員乾脆捨棄了常用的飛行服,將自己裹得形同宇航員,透過專門的維生系統控制溫度。
一般來說,戰機在2馬赫時迎面溫度就會提升至100攝氏度以上,達到3馬赫時溫度會超過300度,沒“空調”那確實是要熱壞了。上圖那兩個黃箱子就是“黑鳥”的維生裝置。
直升機當然也是有空調的,但它們因為不具備超音速戰機的高速飛行條件,所以無法使用ECS進行溫度調整,只能依靠普通的冷氣系統進行降溫。
但是,與民用直升機不同,“軍用直升機”卻往往不帶空調,無論寒暑也都是靠小身板硬捱,因為增加空調會降低可用功率,增加機體重量,並增加其維護開銷,也會為整體系統帶來不可靠性。話說回來,比起坦克手,他們可謂是活在天堂裡了。
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3 # 九品侍衛
軍用直升機是用來打仗的,又不是用來旅遊觀光的,覺得熱就得裝空調?就受不了了?一看就沒當過兵。首先戰鬥機根本就不需要空調,畢竟戰鬥機的作戰空域都是千米高空,在這個高度起飛是相當低的,不要說需要降溫了,飛行員都得穿特製的飛行服來禦寒。
另外軍用直升機雖然只有一樹之高,但也絕對不會給直升機安裝空調,因為直升機的飛行速度已經足夠為精密儀器和內部人員散熱降溫了,所以根本就不會為了舒適性而裝上一個毫無用處白白增重的裝置。
一個現實就可以說的你無法反駁,阿富汗地區熱不熱?美國大兵是不是待遇最好?但是美國大兵在阿富汗期間,直升機升空時可都是開著艙門在飛行的,黑鷹會開著側艙門,支奴幹會開著未艙門。開著艙門飛行既能夠透過風來散熱,又可以警戒地面四周有沒有扛著RPG的當地民兵。
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4 # 兵器知識譜
我們常見的空調是指空氣調節器,即Air Conditioner,是一種用人工手段對建築或構築物內環境空氣的溫度、溼度、流速等引數進行調節和控制的裝置。
一般包括冷源/熱源裝置,冷熱介質輸配系統,末端裝置等幾大部分和其他輔助裝置,利用輸配來的冷熱量,具體處理空氣狀態,使目標環境的空氣引數達到要求。
而軍用直升機和戰鬥機所使用的“空調”被稱為座艙環境控制系統或熱管理系統,即enviroIunental control system,簡稱ECS(以下將全部使用該簡稱)。
它的作用是在各種不同的飛行狀態和外界條件下,使飛機的駕駛艙、裝置艙及貨艙具有良好的環境引數,以保證飛行員和乘員的正常工作條件和生活環境,確保裝置的正常工作及貨物的安全。
再過去的老式戰鬥機中,ECS是一種簡單粗暴的空氣迴圈系統,即從發動機進氣口引入低溫新鮮空氣對座艙和各裝置進行冷卻,比如米格-21戰鬥機。
隨著科技的進步,戰鬥機上的電子裝置越來越多,簡陋的空氣迴圈已經不足以為佈滿電子裝置的座艙和大量的機栽電子裝置散熱,戰鬥機存在嚴重的座艙熱負荷。
比如說蘇-27戰鬥機,該機型雖然屬於典型的第三代戰鬥機,但是依舊採用二代機那種簡陋的空氣迴圈系統,拋開氣溫調節功能不論,其在中低空亞音速飛行時尚能確保300±20 kg/h,如果在高空高速狀態下飛行,它的供氣量將會降低至220kg/小時。
而同為三代機的美製F-15戰鬥機在使用了現代ECS以後,不論是高空高速飛行還是中低空亞音速飛行,ECS以自動的按供氣量曲線調節供給座艙的流量,即在300-415 kg/h之間變化。可以看出,F-15飛機比蘇-27飛機的座艙供氣量大1/4。
至於軍用直升機嘛……武裝直升機同樣有太多電子裝置,而且也有做高機動戰術動作的需求,所以這類直升機同樣需要ECS系統的支援。
至於通用直升機或者運輸直升機就不一定都會使用ECS了,如果座艙內的飛行員實在熱得慌,那就開啟艙門通通氣,或者像米-17飛行員那樣開啟掛在頭頂上的電風扇可勁的吹就行了。
▼下圖為蘇-27的座艙,可見電子化程度並不高,所以使用了簡單粗暴的通風散熱系統以及氧氣罐供氣系統也是可以理解的,這樣的“空調”效能已經不再適合當下先進的三代機。武裝直升機和戰鬥機需要對座艙進行降溫的原因許多讀者認為飛機在空中飛行時飛行員一定會很冷,因此飛機座艙一定會為飛行員開暖氣,防止飛行員凍僵。
是實事求地講的確是這樣的,因為地球上的氣溫變化與海拔有著直接的關係,比如說位於日本的本州島中南部的富士山,其海拔為3775.63米,山頂終年積雪,氣溫始終保持在0℃以下,而富士山腳卻是宜人的20℃。
標準大氣壓下,海拔每升高1000米,氣溫下降6℃,假設地表溫度為20℃,那麼當飛機飛到5000的中空時,飛行員將會承受零下10℃的低溫考驗。這也是二戰時期的飛行員都要穿著皮襖駕機飛行的原因。
那個時期的飛機沒有搭載太多電子裝置,不存在裝置冷卻的問題,而且機艙基本上都是“敞篷”的,不管是起飛還是降落,飛行員都可以隨意開啟舷窗進行肉眼觀察。
直到B-29轟炸機開始採用密封加壓艙設計以後,飛行員們才不用再穿著厚厚的飛行服駕機升空,這時候飛機的座艙就開始有了對“空調”的需求,即密封加壓艙需要“空調”系統對座艙進行供養加壓和調節溫度,使座艙內的氣壓和氣溫與地面基本相等(地面通常為1個大氣壓值,機艙為0.6個大氣壓值,溫度則保持在25℃~27℃)。
而現代先進的武裝直升機和戰鬥機就不同了,它們除了需要“空調”對座艙供氧加壓以外,還需要座艙和其它艙室進行降溫。
這是因為現代飛機的座艙是密封的,艙內溫度基本上不受外界氣溫變化的影響,而且座艙內安裝了許多的電子裝置,比如火控計算機系統、顯示屏系統等等航電系統,其中最大的熱源來自於機頭安裝的機載雷達系統。
這些電子裝置一旦工作起來就有散熱需求,當散發的熱量在座艙內持續堆積並達到極限時,飛機座艙就會處於熱負荷狀態,飛行員就會在酷熱至極的環境中駕駛戰機,這就是武裝直升機和戰鬥機需要對座艙進行降溫的原。
▼下圖為“颱風”戰鬥機的座艙特寫,由於搭載了太多先進的航電裝置,所以當這些裝置開機時就會對密閉的座艙進行加溫,倘若沒有可靠的“空調”系統,那麼飛行員一定會在高溫環境中“熱壞了”的。戰鬥機會發熱並對座艙產生熱負荷的原因我們可以先來做這樣一個實驗:用一部智慧手機連續執行20分鐘的大型網路遊戲,當時間到時手中的手機溫度將會升高到接近45℃。
這是因為手機是一種電子裝置,其核心原件是CPU,與電腦的CPU一樣,一旦滿負荷執行時就會開始發出大量熱量,區別在於電腦的CPU有散熱風扇,而手機則只能透過金屬外殼導熱進行“風冷”。
飛機也是同樣的道理,當飛行員啟動飛機時,座艙內的各種電子裝置開機以後相當於300部手機圍著飛行員,當這些電子裝置執行一段時間以後就開始向外散熱,而飛機座艙又是一個密閉的空間,這些電子裝置所散發熱量隨著時間推移將持續在座艙內堆積,如果這些熱量沒有被處理,那麼飛機座艙就會升高至60℃以上,從而形成熱負荷。
事實上電子裝置散熱只是飛機座艙熱負荷的組成部分之一,另外還有太陽照射導致的加熱和飛機的機體在高速飛行時與空氣摩擦造成的加熱。
飛機在空中飛行時會受到Sunny照射導致的加熱,這個道理與我們的家用汽車在烈日下行駛會被Sunny照射加熱的道理是一樣的。
比如說當某型戰鬥機需要奔赴1500公里以外的空域實施打擊任務時,在近1個小時的飛行過程中(單程),飛機要一直承受Sunny的炙烤,密閉的機艙溫度必然會持續上升。
再就是機體在高速飛行時與空氣摩擦產生的加熱,以前的飛機蒙皮大多是金屬,而金屬的散熱效果是非常好的,尤其是鋁合金和鈦合金,但是現在的飛機已經大量採用複合材料來製造蒙皮,當飛行速度接近或超過音速時機體溫度會隨著飛行時間的增加而逐漸上升。
比如說SR71“黑鳥”偵察機,當飛行速度達到或接近3馬赫時機體溫度會升高到300℃,機身蒙皮會在熱脹冷縮中因膨脹而拉伸,這也是該型飛機在地面上油箱會漏油,而高速飛行時漏油現象就會停止的原因。
▼下圖為“陣風-M”型艦載戰鬥機的機載火控雷達的特寫,機載雷達是現代戰鬥機中功率最高的電子裝置,一部雷達的功率相當於60臺家用微波爐,所以ECS系統不足以為其降溫,必須要一個獨立的散熱系統,其散熱原理與汽車發動機散熱頗為相似。飛機座艙採用座艙環境控制系統(ECS)來控制熱負荷的方法飛機座艙環境控制的本質是對座艙空氣的溫度、壓力和壓力變化率,其他還包括空氣的流速、溼度、清潔度和噪聲引數進行控制,當溫度被控制在設定值範圍內時,即可視為達到了控制熱負荷的目的。
ECS就是飛機“空調”,它由氣源與供氣量調節裝置、座艙溫度調節裝置、座艙壓力調節裝置和座艙空氣分配系統四大部分組成,系統在計算機的控制下進行工作。
它的工作原理是這樣的:
氣源與供氣量調節裝置
氣源系統的功用是提供具有一定流量、壓力和溫度的增壓空氣到用壓系統,其核心裝置是壓縮空氣儲存罐和製氧機。
壓縮空氣儲存罐和製氧機的作用是為飛行員提供氧氣供應,當飛機啟動時,製氧機也一同啟動,而壓縮空氣儲存罐則做為應急供氣,只有在製氧機發生故障時為飛行員提供5分鐘的緊急供氣。
供氣量調節裝置是則是在計算機的控制下為供氣系統調節供氣量,比如上述中提到的F-15戰鬥機300-415kg/h的供氣量就是由供氣量調節裝置來實現實時監控和調節的。
座艙溫度調節裝置
座艙溫度調節的基本方法是保持供氣量基本恆定,控制供給座艙的空氣溫度(即供氣溫度)以滿足座艙適宜溫度要求。
壓縮空氣從氣源總管流出,在進入空調元件前,流經流量控制活門(又稱為元件控制活門):流量控制活門控制通往空調元件的空氣流量,還可以起到元件關斷的作用。流量控制活門將供向座艙的空氣量保持在一個恆定值,這樣就可將座艙溫度調節和座艙壓力調節分開,調節座艙溫度時,座艙壓力不會隨之波動。反之,調節座艙壓力時,座艙溫度也不會隨著變化。冷卻系統的作用是使用空氣迴圈制冷系統,使高溫引氣冷卻,形成冷路空氣,電子式座艙溫度控制器接受來自座艙溫度感測器、供氣管道溫度感測器、供氣管道極限溫度感測器及溫度選擇訊號,經過合成放大後向溫度控制活門發出訊號,控制活門的開度,從而控制冷熱路空氣比例,保證供給座艙一定溫度的混合空氣,使座艙溫度保持在要求範圍內。
座艙壓力調節系統
當飛機以最大飛行高度飛行時,座艙的氣壓高度不得超過2400 米;當飛機需要在7620米以上高度飛行時,必須保持座艙內氣壓高度不超過4500米。
座艙壓力調節系統基本任務就是保證在給定的飛行高度範圍內,座艙壓力及其變化率滿足乘員較舒適生存的需求,而且還要保證飛機結構的安全。
氣密座艙內空氣絕對壓力(或氣壓高度)和餘壓隨飛行高度變化的規律,稱為座艙壓力制度。常見的壓力制度有兩種:三段式和直線式,從起飛、爬升到巡航這一過程分析,三段式分為自由通風、座艙壓力保持和餘壓保持i個階段;直線式分為地面預增壓和比例控制。常採用電子電動式壓力控制系統執行直線式座艙壓力制度,座艙增壓控制器發出電訊號,控制排氣活門的驅動電機工作,帶動排氣活門開關,從而控制座艙的排氣量及座艙壓力。
▼下圖為氣源車正在為中國產“飛豹”戰鬥機ECS系統中的壓縮空氣儲氣罐充氣,所充的氣為純氧,當系統為飛行員供氣時控制計算機會根據飛機的飛行狀態進行供氣調節,同時對溫度和氣壓進行實時控制,這是我們常見的“空調”所不具備的功能。綜上所述我們可以得出這樣的結論:第一、軍用直升機和戰鬥機是有空調的,只不過飛機上使用的空調與我們所熟知的家用空調有所區別,它的專業名稱叫做“座艙環境控制系統或熱管理系統”,簡稱ECS系統。
第二、ECS系統的主要作用是控制飛機座艙的熱負荷,飛機高速飛行時密閉的座艙會在機載電子裝置的散熱、Sunny的照射、機體與氣流的摩擦中造成溫度升高,從而產生座艙熱負荷,在ECS系統的控制下座艙將會始終保持合理的溫度、壓力以及供氧,使飛行員以及乘員在相對舒適的環境中駕駛飛機,不至於會發生“熱壞了”的現象。
在過去,飛行員總是穿著厚厚的飛行,作用是為了保溫,因為那個時期的飛機飛行高度一般不超過3000米,而且座艙還是“敞篷”的,所以飛行員座艙以保溫為主;而現代飛機飛行速度、飛行高度以及電子化、智慧化程度與去過的老式飛機早已不可同日而語,所以飛行員座艙要以降溫為主,這就是軍用直升機和戰鬥機必須要有“空調”的原因。
▼下圖為準備登機的我軍艦載戰鬥機飛行員,他們的服裝不再是過去那種厚實的保暖性飛行服,而是薄薄的抗負荷性飛行服,不管飛機以何種狀態飛行,座艙在ECS系統的控制下始終保持著相對舒適的溫度和氣壓。
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戰鬥機是有空調的,不過跟我們平常理解的空調有區別。
它是一套管路系統,在地面和空中的工作方式完全不一樣。
在地面時,需要外接專用空調車,把空調車產生的冷氣或者暖氣匯入座艙。
在空中時,空氣比地面附近要冷很多,直接導進飛機內就是冷氣,如果管路從發動機旁繞幾圈再進來就是暖氣。這個管路一邊接冷氣一邊接暖氣,同時還有個閥門控制兩邊的進氣量,大概就跟浴室的冷熱一體水閥一樣,混合出合適的溫度,不過過程是自動的,溫度則是可以調整的。
從中你也可以看出,在拔掉地面空調車之後,飛機升空之前,這種空調是沒什麼用的,尤其是夏天,正兒八經的蒸籠。
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直升機不太瞭解,不過應該也差不多吧。