航空史話

飛機上的這只“小老鼠”,干什么用的?

時間:2019年11月06日   來源:微信@航空知識
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  飛機上的“小老鼠”你見過嗎?

 

 

  這天小編在網上隨便翻看一些炫酷的飛機照片,突然之間看見了這樣一個“小風車”, 難道像飛機這樣一個龐然大物也有一顆喜歡“小風車”的少女心嗎?

  NO NO NO

  如果你也是這樣想的,那就大錯特錯了。

  下面讓小編來給你科普一下這個可愛的“小風車”吧。

 

 

  “小老鼠”的簡介

  “小老鼠”的真名是Rat,全稱是Ram Air Turbine(沖壓空氣渦輪)是一個由高空氣流帶動的渦輪螺旋槳,在飛機所有發動機失效,高度太高APU無法重啟發動機的時候它就會打開落下。驅動液壓發動機為飛機提供一定的電力(主要是駕駛艙)和并為飛機的操縱面提供液壓,幫助飛機下降到合適高度重啟發動機。

  所以“小老鼠”可不是隨隨便便跑出來的,只有在遇到緊急情況時我們才能看見它的身影。

 

 

  沖壓空氣渦輪是飛機應急電力和液壓系統的重要組成部分。它主要由2到4片中等長度的葉片構成(也有一些由6到10片小尺寸的葉片構成),乍看起來和一般螺旋槳的區別不大。

  仔細觀察,我們會發現沖壓空氣渦輪的葉片是一種中等展弦比,大扭度的葉片(扭度是指單位長度的扭角變化率,扭度越大,葉片看起來擰得越“糾結”)。比如下圖:

 

 

  在民航飛機上,沖壓空氣渦輪(RAT)的直徑一般在80厘米左右,當然在較大的飛機上,其尺寸也會更大。目前世界上最大的客機A380擁有世界上最大的沖壓空氣渦輪,其直徑為1.63米,已經能夠和輕型飛機的主發動機螺旋槳相提并論了,是一只“大老鼠”。圖為A380的RAT。

 

 

 

 

  “小老鼠”的藏身地和“工作”

  RAT平時收在飛機機身內側、機翼內部或者起落架艙門中。

  當飛機的主發動機停止工作而輔助動力系統(APU)沒能正常啟動時,RAT系統便成了飛機在浩瀚天空的最后一根稻草。在這樣的危機時刻,沖壓空氣渦輪會自動(或提前手動)彈出,像風車一樣被飛機前方吹來的氣流吹動從而帶動發動機或者小型液壓泵工作,為飛機提供基本的電力供應和基本的液壓供應。

  這些寶貴的電力用以維持幾臺必要的儀表,略顯不足的液壓用以維持基本操縱面(方向舵、升降舵)的控制。在正常工作狀態下,RAT葉片能夠以5000到7000轉每分鐘的速度旋轉,為飛機提供5到70千瓦的電力并為起落架系統提供液壓動力。

  不過,RAT能夠提供的功率會隨著飛機速度的降低而逐漸減小,在飛機進場著陸的階段,其提供的電力功率甚至會小于400瓦,僅能供幾臺小型液晶顯示器和幾個節能燈使用。

 

 

  “小老鼠”的成長歷程

  近幾年人們對民航客機的試飛關注較多,幾起傳奇性的空中飛行事故也吸引了人們的目光,于是深居簡出的“小老鼠”逐漸為人所知。實際上,在萊特兄弟的飛機飛出那劃時代的36米之后的短短幾年間,在第一次世界大戰爆發之前,這只“小老鼠”已經成為了某些飛機的組成部分,只是因為其尺寸太小而被大家忽略掉了。

 

 

  在第一次世界大戰期間,飛機得到了快速發展。而沖壓空氣渦輪的地位沒有太大改變。不過,為了能在飛行過程中向飛機提供不間斷的電力(通常是用在信號燈和照明燈上),該渦輪是始終露在機艙外的。好在當時的飛機飛行速度較慢,風光的“小老鼠”沒有對飛行性能造成太大影響。早期的飛機電氣系統采用的是低壓直流電。功率等于電壓與電流的乘積。因此,在同等功率需求的情況下,較低的電壓需要較大的電流供應,而電流越大就需要越粗的電纜。

  沖壓空氣渦輪發電雖然沒有飛機發動機帶動的發電機穩定,但是由于其放置位置自由,可以盡量接近用電電器,因此不需要布置太多纜線,從而能夠大大降低飛機重量。(對于那些用輕木和帆布制造飛機的航空工程師們而言,那些沉重的銅芯電纜簡直是他們的噩夢。)所以,“小老鼠”成為了早期各型飛機的標準配置,甚至在大名鼎鼎的齊柏林飛艇上也能看到它的身影。

 

 

  在1913年,俄國的Ilya Muromets S-22飛機首飛成功。這款飛機在第一次世界大戰期間以重型轟炸機而聞名于世。而在戰爭爆發之前,該款飛機是作為一款豪華航空沙龍用機來運營的。

  S-22為了提高旅客的舒適度而做了很多創新,包括當時較為先進的座椅和世界上第一個安裝在飛機上的洗手間。為了抵御高空的嚴寒,該機使兩臺發動機的排氣管道穿過客艙后再排出廢氣,利用灼熱的廢氣來加熱艙體(空中暖氣片)。而為了讓乘客們用上電,該機創造性地采用了風力發電裝置,把荷蘭風車和俄國式的實用主義設計理念一起搬到了天上,造就了現代RAT系統的雛形。

  不過,那時的飛機還遠未形成“全電飛機”的模式,早期的風力發電裝置成了客艙電力的重要來源。或許當時設計出這一系統的發明家不會想到,幾十年后,這個為了能讓闊太太們在天上閱讀書刊而顯出淑女形象的裝置會成為民航班機的應急備用系統的一部分吧!

 

 

  小老鼠和飛行員的愛恨情仇

  在正常飛行的過程中飛行員極其不愿意看到“小老鼠”,甚至不想和它有任何交集。因為只有當飛機上所有的發動機都罷工了他們才會用到“放老鼠”!這一迫不得已的方法。

  但是“放老鼠”卻是是飛行員復訓時常會練習的科目。意思是:緊急備用電源釋放。舉個客機“放老鼠”的例子:空客系列飛機采用側桿操縱,由機載計算機向液壓系統發出指令,操縱各氣動面,這一“電傳操縱”需要液壓系統助力。此能源來自于發動機帶動的發電機,當發動機完蛋了就該“放老鼠”了!大家覺得可怕不?但是,飛行員們也只有經歷了這樣的事故模擬訓練才能在事故出現時做出正確的反應和操作以保證全客機乘客的生命安全。

  所以飛行員們對于“小老鼠”到底是愛還是恨呢?

  恐怕只有他們自己才知道吧。

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