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航空史话

飞机上的这只“小老鼠”,干什么用的?

时间:2019年11月06日   来源:微信@航空知识
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  飞机上的“小老鼠”你见过吗?

 

 

  这天小编在网上随便翻看一些炫酷的飞机照片,突然之间看见了这样一个“小风车”, 难道像飞机这样一个庞然大物也有一颗喜欢“小风车”的少女心吗?

  NO NO NO

  如果你也是这样想的,那就大错特错了。

  下面让小编来给你科普一下这个可爱的“小风车”吧。

 

 

  “小老鼠”的简介

  “小老鼠”的真名是Rat,全称是Ram Air Turbine(冲压空气涡轮)是一个由高空气流带动的涡轮螺旋桨,在飞机所有发动机失效,高度太高APU无法重启发动机的时候它就会打开落下。驱动液压发动机为飞机提供一定的电力(主要是驾驶舱)和并为飞机的操纵面提供液压,帮助飞机下降到合适高度重启发动机。

  所以“小老鼠”可不是随随便便跑出来的,只有在遇到紧急情况时我们才能看见它的身影。

 

 

  冲压空气涡轮是飞机应急电力和液压系统的重要组成部分。它主要由2到4片中等长度的叶片构成(也有一些由6到10片小尺寸的叶片构成),乍看起来和一般螺旋桨的区别不大。

  仔细观察,我们会发现冲压空气涡轮的叶片是一种中等展弦比,大扭度的叶片(扭度是指单位长度的扭角变化率,扭度越大,叶片看起来拧得越“纠结”)。比如下图:

 

 

  在民航飞机上,冲压空气涡轮(RAT)的直径一般在80厘米左右,当然在较大的飞机上,其尺寸也会更大。目前世界上最大的客机A380拥有世界上最大的冲压空气涡轮,其直径为1.63米,已经能够和轻型飞机的主发动机螺旋桨相提并论了,是一只“大老鼠”。图为A380的RAT。

 

 

 

 

  “小老鼠”的藏身地和“工作”

  RAT平时收在飞机机身内侧、机翼内部或者起落架舱门中。

  当飞机的主发动机停止工作而辅助动力系统(APU)没能正常启动时,RAT系统便成了飞机在浩瀚天空的最后一根稻草。在这样的危机时刻,冲压空气涡轮会自动(或提前手动)弹出,像风车一样被飞机前方吹来的气流吹动从而带动发动机或者小型液压泵工作,为飞机提供基本的电力供应和基本的液压供应。

  这些宝贵的电力用以维持几台必要的仪表,略显不足的液压用以维持基本操纵面(方向舵、升降舵)的控制。在正常工作状态下,RAT叶片能够以5000到7000转每分钟的速度旋转,为飞机提供5到70千瓦的电力并为起落架系统提供液压动力。

  不过,RAT能够提供的功率会随着飞机速度的降低而逐渐减小,在飞机进场着陆的阶段,其提供的电力功率甚至会小于400瓦,仅能供几台小型液晶显示器和几个节能灯使用。

 

 

  “小老鼠”的成长历程

  近几年人们对民航客机的试飞关注较多,几起传奇性的空中飞行事故也吸引了人们的目光,于是深居简出的“小老鼠”逐渐为人所知。实际上,在莱特兄弟的飞机飞出那划时代的36米之后的短短几年间,在第一次世界大战爆发之前,这只“小老鼠”已经成为了某些飞机的组成部分,只是因为其尺寸太小而被大家忽略掉了。

 

 

  在第一次世界大战期间,飞机得到了快速发展。而冲压空气涡轮的地位没有太大改变。不过,为了能在飞行过程中向飞机提供不间断的电力(通常是用在信号灯和照明灯上),该涡轮是始终露在机舱外的。好在当时的飞机飞行速度较慢,风光的“小老鼠”没有对飞行性能造成太大影响。早期的飞机电气系统采用的是低压直流电。功率等于电压与电流的乘积。因此,在同等功率需求的情况下,较低的电压需要较大的电流供应,而电流越大就需要越粗的电缆。

  冲压空气涡轮发电虽然没有飞机发动机带动的发电机稳定,但是由于其放置位置自由,可以尽量接近用电电器,因此不需要布置太多缆线,从而能够大大降低飞机重量。(对于那些用轻木和帆布制造飞机的航空工程师们而言,那些沉重的铜芯电缆简直是他们的噩梦。)所以,“小老鼠”成为了早期各型飞机的标准配置,甚至在大名鼎鼎的齐柏林飞艇上也能看到它的身影。

 

 

  在1913年,俄国的Ilya Muromets S-22飞机首飞成功。这款飞机在第一次世界大战期间以重型轰炸机而闻名于世。而在战争爆发之前,该款飞机是作为一款豪华航空沙龙用机来运营的。

  S-22为了提高旅客的舒适度而做了很多创新,包括当时较为先进的座椅和世界上第一个安装在飞机上的洗手间。为了抵御高空的严寒,该机使两台发动机的排气管道穿过客舱后再排出废气,利用灼热的废气来加热舱体(空中暖气片)。而为了让乘客们用上电,该机创造性地采用了风力发电装置,把荷兰风车和俄国式的实用主义设计理念一起搬到了天上,造就了现代RAT系统的雏形。

  不过,那时的飞机还远未形成“全电飞机”的模式,早期的风力发电装置成了客舱电力的重要来源。或许当时设计出这一系统的发明家不会想到,几十年后,这个为了能让阔太太们在天上阅读书刊而显出淑女形象的装置会成为民航班机的应急备用系统的一部分吧!

 

 

  小老鼠和飞行员的爱恨情仇

  在正常飞行的过程中飞行员极其不愿意看到“小老鼠”,甚至不想和它有任何交集。因为只有当飞机上所有的发动机都罢工了他们才会用到“放老鼠”!这一迫不得已的方法。

  但是“放老鼠”却是是飞行员复训时常会练习的科目。意思是:紧急备用电源释放。举个客机“放老鼠”的例子:空客系列飞机采用侧杆操纵,由机载计算机向液压系统发出指令,操纵各气动面,这一“电传操纵”需要液压系统助力。此能源来自于发动机带动的发电机,当发动机完蛋了就该“放老鼠”了!大家觉得可怕不?但是,飞行员们也只有经历了这样的事故模拟训练才能在事故出现时做出正确的反应和操作以保证全客机乘客的生命安全。

  所以飞行员们对于“小老鼠”到底是爱还是恨呢?

  恐怕只有他们自己才知道吧。

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