戰(zhàn)斗機(jī)座艙蓋都是玻璃,夏天是不是很熱。有制冷空調(diào)嗎?:戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)重量的控制非常嚴(yán)格,甚至流傳著”每讓飛機(jī)減重一公斤,便可得到一公斤黃金”的說法。同樣,對(duì)
戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)重量的控制非常嚴(yán)格,甚至流傳著”每讓飛機(jī)減重一公斤,便可得到一公斤黃金”的說法。同樣,對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)的座艙蓋來說,當(dāng)然要盡可能的輕,而且還要具備良好的透光性和抗沖擊能力。在飛行中,因?yàn)閼?zhàn)斗機(jī)座艙要提供給飛行員視野,所以其透光性一定要好,這樣才能保證飛行員視野不受影響。同時(shí),座艙蓋的強(qiáng)度還要足夠大,這樣才能對(duì)飛行員起到保護(hù)作用。由于戰(zhàn)斗機(jī)在飛行過程中會(huì)與空氣產(chǎn)生劇烈的摩擦,所以座艙蓋還要具備良好的抗沖擊性和高溫抗變形能力。
(殲10戰(zhàn)斗機(jī)座艙蓋)
目前,比較先進(jìn)的一體化座艙使用的通常是丙烯酸酯和聚碳酸酯的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)在于:丙烯酸酯具備良好的透光性(透光率可以達(dá)到90%),而且其重量也比較輕,密度僅為無機(jī)玻璃密度的一半,可以被加工得很薄。聚碳酸酯的透光性同樣很好,而且它的折射率、抗沖擊和高溫抗變形能力都很優(yōu)秀,具備良好的穩(wěn)定性。將丙烯酸酯和聚碳酸酯材料層合后壓疊成型后,便可以作為座艙蓋的材料,最后在表面鍍上一層比頭發(fā)絲還薄的金屬膜,這樣就可以得到性能優(yōu)異的一體化座艙蓋。我國殲20戰(zhàn)斗機(jī)使用的就是這種材料制作座艙蓋,綜合技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。
(殲20戰(zhàn)斗機(jī)的一體化座艙蓋)
對(duì)于戰(zhàn)斗機(jī)來說,空調(diào)也是必需品,不過人家不叫空調(diào),而是把它稱為戰(zhàn)機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)(簡稱ECS),它可以控制座艙內(nèi)的氣源的供氣量、溫度和壓力。地面和高空中溫度可以相差很多,按照海拔高度每升高1000米氣溫會(huì)下降6度的規(guī)律計(jì)算,如果地面溫度是36度,那么5000米高空的溫度只有6度。在如此惡劣的環(huán)境下,如果飛機(jī)沒有“空調(diào)”的話,飛行員將很難忍受這種低溫,而且飛機(jī)上的對(duì)電子設(shè)備也需要合適的環(huán)境才能工作。
(戰(zhàn)斗機(jī)座艙內(nèi)有大量電子設(shè)備需要合適的工作溫度)
環(huán)境控制系統(tǒng)主要是通過引入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣來控制座艙內(nèi)的溫度。當(dāng)需要熱風(fēng)時(shí),系統(tǒng)就會(huì)引入經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器加熱過的空氣,來給座艙加溫。而當(dāng)需要冷風(fēng)時(shí),空氣會(huì)先經(jīng)熱交換器冷卻,然后到達(dá)冷卻渦輪做功,以此進(jìn)一步降低空氣本身的溫度,最終將徹底冷卻后的空氣輸送進(jìn)座艙。
(良好的座艙環(huán)境有助于降低飛行員的負(fù)擔(dān))
現(xiàn)在的戰(zhàn)斗機(jī)性能越來越先進(jìn),也都配備了環(huán)境控制系統(tǒng)。有了它,就可以有效減輕飛行員的負(fù)擔(dān),保證電子設(shè)備的正常工作。不過一旦這個(gè)系統(tǒng)出了問題,后果將會(huì)很嚴(yán)重,例如美國的F22戰(zhàn)斗機(jī)就曾因缺氧問題致使飛行員昏迷,最終釀成了機(jī)毀人亡的慘劇。由此可見,戰(zhàn)斗機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)可不單單是一部“空調(diào)”,它對(duì)飛機(jī)的安全飛行至關(guān)重要。
(F22戰(zhàn)斗機(jī)攜帶氧氣瓶解決飛行員缺氧問題)
炎炎夏日,地面滑行的戰(zhàn)斗機(jī)沒有空調(diào)、沒有WIFI、也沒有西瓜,密封的座艙蓋有機(jī)玻璃溫室效應(yīng)加特,往往讓戰(zhàn)斗機(jī)飛行員汗流浹背,好在地面滑行的時(shí)間較短,飛行戰(zhàn)斗員的體質(zhì)又夠強(qiáng),這點(diǎn)熱還是可以忍耐的。如果時(shí)間長一點(diǎn),還真不好說。
戰(zhàn)機(jī)座艙環(huán)控系統(tǒng)送氣口,紅圈處
戰(zhàn)斗機(jī)真沒有傳統(tǒng)意義的制冷空調(diào),或者說沒有冷卻劑性質(zhì)的空調(diào),傳統(tǒng)空調(diào)帶來的死重,戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)師完全無法接受的。戰(zhàn)斗機(jī)上維持座艙溫度的系統(tǒng)有個(gè)高大上的名字,稱為環(huán)境控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能調(diào)節(jié)溫度,還能調(diào)節(jié)氣壓、濕度,以及供氧、保持空氣流動(dòng)等功能,的確比家用空調(diào)厲害得多。
環(huán)控系統(tǒng)工作原理
如圖所示,通過冷熱兩條路徑,從發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引入冷空氣,從發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪后引入暖氣,對(duì)座艙和設(shè)備艙進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。那么好了,如果戰(zhàn)斗機(jī)在地面滑行的時(shí)候,夏日外界的溫度同樣很高,環(huán)境控制系統(tǒng)壓縮空氣的制冷功效就相當(dāng)有限了,也就出現(xiàn)本文第一段描述的炙熱場面。
地勤拽出可能被熱暈的飛行員
戰(zhàn)斗機(jī)能夠在幾分鐘內(nèi)飛到數(shù)千米的高空,不管是冬天還是夏天,此時(shí)外界的溫度陡降零下數(shù)十度,環(huán)控系統(tǒng)引入發(fā)動(dòng)機(jī)暖氣為座艙供暖。簡單點(diǎn)講,對(duì)于座艙內(nèi)的飛行員來說,只能享受冬天的暖氣不能享受夏天的冷氣。
圖-160電風(fēng)扇加特
坐過飛機(jī)的朋友也一定有類似經(jīng)歷,團(tuán)長也有幸成為幸運(yùn)的一兩億人,坐過一兩次飛機(jī)。民航客機(jī)居然與戰(zhàn)斗機(jī)一樣,沒有傳統(tǒng)意義的冷卻劑空調(diào),脫離地面空調(diào)組的供冷后,停在跑道上干等了兩個(gè)小時(shí)的飛機(jī),客艙內(nèi)真是熱得不行了。空姐安慰道:等會(huì)兒飛起來就好了。又等了好一會(huì)兒,飛機(jī)才起飛,好愉快的桑拿經(jīng)歷。
謝謝邀請!兔哥回答,歡迎關(guān)注兔哥。兔哥首先說說戰(zhàn)斗機(jī)的“空調(diào)”,然而在說說玻璃的問題。我們都知道珠穆朗瑪峰常年積雪,我們也知道即便是三伏天珠穆朗瑪峰上的積雪也不融化,而且是常年零下幾十度。我們大夏天去爬山,在山腳下熱的汗流浹背,但山頂上卻寒氣逼人,這是為什么?因?yàn)樵礁邭鉁卦降停0蚊可仙?00米,氣溫就下降0.6攝氏度,每升高1000米氣溫要降低6攝氏度,1萬米就是60攝氏度,這可是地面沒有的溫度了,這就是為什么所有的飛機(jī)都必須要有防止機(jī)翼結(jié)冰的措施的原因,正所謂高處不勝寒。兔哥之所以給大家說這些就是告訴大家,飛機(jī)是不需要開冷氣的,因此,它的座艙是沒有制冷能力的,有制熱系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可不是什么空調(diào),或者是暖風(fēng),沒這么簡單,這個(gè)系統(tǒng)叫做“座艙環(huán)境控制系統(tǒng)”。
正是由于隨著海拔的升高氣溫會(huì)下降,這就叫“垂直溫度遞減率”,是一種客觀存在的自然規(guī)律,當(dāng)然這是正常條件下的數(shù)據(jù),但不管怎么變,越高越冷是不會(huì)變的。因此戰(zhàn)斗機(jī)的座艙就需要有一個(gè)“供暖”設(shè)備,這個(gè)設(shè)備光供暖可不行,飛機(jī)上下翻飛,高度變化非常的大,因此,溫度不能是恒定的,而且熱了就會(huì)產(chǎn)生干燥,人會(huì)口干舌燥,會(huì)不舒服。另外我們開汽車都知道,如果外面和里面的氣溫不一樣會(huì)在車窗玻璃上產(chǎn)生水珠,甚至結(jié)霜,戰(zhàn)斗機(jī)座艙狹小,都是玻璃的,如果結(jié)霜可怎么得了。所以這個(gè)“座艙環(huán)境控制系統(tǒng)”可是高科技的產(chǎn)品,美國的F-22 戰(zhàn)斗機(jī)先進(jìn)吧!供氧系統(tǒng)出了問題,難道美國連一個(gè)供養(yǎng)都解決不了?其實(shí)美國F-22的供氧系統(tǒng)是座艙環(huán)境控制系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用功能之一,是整個(gè)系統(tǒng)出了問題。
座艙環(huán)境控制系統(tǒng)功能很多,供氧、調(diào)節(jié)溫度、保濕、除濕、調(diào)節(jié)座艙壓力、空氣流通、等等,如果這套系統(tǒng)壞了就麻煩了。說到這里兔哥插一句話,為什么以前戰(zhàn)斗機(jī)飛行員駕機(jī)上天都穿皮衣皮褲,還要戴上圍脖,現(xiàn)在就是冬天也不穿這些了?就是這個(gè)系統(tǒng)的功勞。如果戰(zhàn)斗機(jī)的“座艙環(huán)境控制系統(tǒng)”出了問題,就要看你所處的高度了,一般情況下供氧是不會(huì)出問題的,F(xiàn)-22是一套供氧設(shè)備,沒有備用氧氣瓶,所以發(fā)生故障時(shí)就掉下來了。如果有備用氧氣瓶就沒有問題了,如果是高空萬米以上就趕快下飛,降低高度,飛機(jī)的速度快,完全可以利用下降時(shí)的速度優(yōu)勢駕駛戰(zhàn)斗機(jī)下降返場,這個(gè)并不難。而且座艙也都是密封的,溫度會(huì)有一個(gè)保留時(shí)間,別凍著就是了。
現(xiàn)在戰(zhàn)斗機(jī)的座艙蓋都是一個(gè)氣泡式的造型,戰(zhàn)斗機(jī)座艙面積小,被四面陽光照射下溫度必然會(huì)生高,特別是夏天。理論上的確如此,但理論也要結(jié)合實(shí)際情況,戰(zhàn)斗機(jī)座艙透光性的確很好,而且戰(zhàn)斗機(jī)的座艙玻璃都是高透光率的優(yōu)質(zhì)玻璃,別小看這個(gè)看似和普通玻璃沒有區(qū)別的玻璃,學(xué)問可大了,戰(zhàn)斗機(jī)的玻璃都是高技術(shù)工藝的產(chǎn)品,這樣一塊玻璃并不是誰都能造。最后說說戰(zhàn)斗機(jī)玻璃座艙夏天會(huì)不會(huì)被陽光照的曬得慌。其實(shí)這個(gè)好解釋,我們舉個(gè)例子,大冬天即便是陽光明媚如果脫掉衣服依然會(huì)冷,戰(zhàn)斗機(jī)也是這樣的一個(gè)環(huán)境,盡管戰(zhàn)斗機(jī)的座艙蓋都是玻璃,但高空的溫度卻是極低的,所以,既便是陽光照耀,座艙里的氣溫依然是低的,甚至?xí)䞍鰝w行員。所以,并不會(huì)因?yàn)閼?zhàn)斗機(jī)的座艙是玻璃的就會(huì)被太陽照熱,沒有這樣的情況,小氣候永遠(yuǎn)左右不了大氣候。
所以戰(zhàn)斗機(jī)的“空調(diào)”就是“座艙環(huán)境控制系統(tǒng)”,只不過是具備類似空調(diào)的功能,座艙環(huán)境控制系統(tǒng)就是為了適應(yīng)戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)環(huán)境而研發(fā)的,目的就是讓飛行員有一個(gè)舒服的作戰(zhàn)環(huán)境,發(fā)揮出飛行員的作戰(zhàn)本領(lǐng)。所以別看戰(zhàn)斗機(jī)的座艙都是玻璃的,但是夏天不會(huì)因?yàn)樘柕恼丈渚透淖冏摰臏囟鹊模@就是座艙環(huán)境控制系統(tǒng)的本領(lǐng)了。
以上是兔哥個(gè)人的觀點(diǎn),歡迎探討指正!,歡迎關(guān)注兔哥,圖片來源網(wǎng)絡(luò)。
首先要糾正一點(diǎn),現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的座艙可不是玻璃的呦,雖然其看起來像玻璃,但并不是生活居家用的純玻璃,雖然在現(xiàn)實(shí)的生活中我們許多的有關(guān)書籍和網(wǎng)絡(luò)文章都稱其為“玻璃”,但并不是真正的玻璃,一般來說出于實(shí)際重量和安全等原因,戰(zhàn)斗機(jī)的座艙蓋是由塑料制作而成的。具體的就是聚甲基丙烯酸甲酯塑料、聚碳酸酯塑料等,這些材料的廉價(jià)品在我們的日常生活中被稱為“有機(jī)玻璃”,雖然帶玻璃兩個(gè)字但本質(zhì)是屬于塑料,所以并不是玻璃呦。
說完了戰(zhàn)斗機(jī)的座艙蓋我們再來說一下戰(zhàn)斗機(jī)的“空調(diào)系統(tǒng)”,其實(shí)戰(zhàn)機(jī)在日常的飛行中有兩個(gè)溫度調(diào)控措施,除了在千米高空甚至萬米高空飛行時(shí)由于座艙外環(huán)境溫度一般低于地面溫度數(shù)十?dāng)z氏度,所以這個(gè)時(shí)候就要對(duì)座艙內(nèi)進(jìn)行加熱,除了加熱之外戰(zhàn)機(jī)也還有一個(gè)制冷措施,這是一般戰(zhàn)機(jī)在低空幾百米飛行的時(shí)候所需要的,由于低空或者是超低空飛行時(shí)戰(zhàn)機(jī)內(nèi)外環(huán)境相差并不是太大,這個(gè)時(shí)候由于戰(zhàn)機(jī)風(fēng)擋透明,陽光直射產(chǎn)生熱量,戰(zhàn)機(jī)與空氣摩擦產(chǎn)生熱量,座艙內(nèi)各種航電設(shè)備產(chǎn)生熱量以及有的時(shí)候開啟大功率雷達(dá)產(chǎn)生大量熱量再加上飛行員抗荷服的大面積包裹導(dǎo)致散熱困難,這個(gè)時(shí)候“空調(diào)系統(tǒng)”就需要對(duì)座艙進(jìn)行制冷。
但是由于戰(zhàn)機(jī)制冷系統(tǒng)相較于制熱系統(tǒng)來說更加復(fù)雜且不可穩(wěn)定控制,現(xiàn)在的話一般都不會(huì)直接進(jìn)行這方面的大幅設(shè)計(jì),最簡單粗暴的方式就是禁止戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行超低空長時(shí)間飛行,或者是在座艙內(nèi)溫度超過某一臨界值后禁止飛行員飛行以及在地面事先對(duì)戰(zhàn)機(jī)座艙進(jìn)行降溫。
說完了制冷和制熱這兩個(gè)措施后我們具體來說一下什么東西來負(fù)責(zé)戰(zhàn)機(jī)的制冷和制熱,也就是這個(gè)“空調(diào)系統(tǒng)”是什么。這個(gè)“空調(diào)系統(tǒng)”并不是單純的我們?nèi)粘I钪锌梢灾苯映槿⊥獠靠諝膺M(jìn)行制冷或者是制熱的空調(diào),其全稱為“環(huán)境控制系統(tǒng)”(Environment Control System),簡稱為ECS。這個(gè)環(huán)境控制系統(tǒng)是由“空調(diào)系統(tǒng)”和“座艙加壓系統(tǒng)”以及“供氧系統(tǒng)”一同構(gòu)成的,加壓系統(tǒng)我們不用多說了,如果不對(duì)戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行加壓的話飛行員就會(huì)出現(xiàn)缺氧而昏迷,供氧系統(tǒng)我們也是懂得的。
至于這個(gè)“空調(diào)系統(tǒng)”除了制熱制冷外還可以進(jìn)行通風(fēng)以及加濕。在制熱方面,現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的制熱相比較制冷來說比較簡單方便,直接由發(fā)動(dòng)機(jī)提供,現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮后可以達(dá)到數(shù)百攝氏度,這對(duì)于處于萬米高空的戰(zhàn)機(jī)座艙來說可是一個(gè)非常直接的熱源,于是戰(zhàn)機(jī)只要對(duì)這些來自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量空氣進(jìn)行一些降溫處理后就可以直接通過“空調(diào)系統(tǒng)”給戰(zhàn)機(jī)座艙進(jìn)行加熱,可謂是簡單粗暴。
俗話說,冷在三九熱在三伏,但冷要相對(duì)好受些。因?yàn)槔淞丝梢赃\(yùn)動(dòng),可以加衣服,所以熱了更難過。
烈日炎炎的時(shí)候,有條件的在家里開空調(diào)。沒條件的去商場蹭空調(diào)。小青年和學(xué)生們則去電影院、網(wǎng)吧和KTV躲避烈日“烤”驗(yàn)。
反正有了空調(diào),怎樣涼爽怎么來,就連大巴上、高鐵里都有空調(diào)?傊覀兊乃街幎加袔缀醵加锌照{(diào)。
可是你想到過哪些駕駛戰(zhàn)機(jī)翱翔在藍(lán)天上,保衛(wèi)祖國領(lǐng)空的飛行員嗎?他們的戰(zhàn)機(jī)座艙都是透明的玻璃,而且飛機(jī)在幾千米的高空,比我們離太陽近得多,他們是不是更熱?他們的座艙里有空調(diào)嗎?
首先我們要弄清一個(gè)常識(shí)性的問題,戰(zhàn)斗機(jī)的駕駛艙外罩可不是玻璃,也不是我們的說的有機(jī)玻璃,更不是一般鋼化玻璃。只能說它是高強(qiáng)度的樹脂膠玻璃、一種特制玻璃。
戰(zhàn)斗機(jī)的駕駛艙罩是的主要成分是丙乙稀酸樹脂,但里面還糅合了多種材料,有利于加強(qiáng)飛機(jī)的強(qiáng)度和透明度, 并把駕駛艙罩的重量降到最低。
我們都知道無論再高檔的車,前擋風(fēng)玻璃兩邊都有A柱,A柱一定程度上影響駕駛員視線,容易發(fā)生交通事故。但無論怎么設(shè)計(jì),A柱取消不了,因?yàn)橐紤]擋風(fēng)玻璃的強(qiáng)度。
而飛機(jī)的速度比汽車快得多,駕駛艙更不能一點(diǎn)有遮擋飛行員視線的東西,所以駕駛艙罩采用的是特殊工藝合成的高透明、高強(qiáng)度的特種玻璃。
這種玻璃最大的特點(diǎn)就是密封性好,折射性好。無論在什么情況下都不會(huì)吸收外界的熱量,特別是太陽光的熱量,只會(huì)發(fā)射太陽光的熱量。
所以,哪怕飛機(jī)在停機(jī)坪上,駕駛艙的溫度都是恒溫的。只要在飛機(jī)上待的時(shí)間不超過五個(gè)小時(shí),駕駛艙的溫度都在18度左右。飛行員不會(huì)感到太熱,我們不用擔(dān)心它會(huì)跟普通玻璃那樣,會(huì)在陽光照射下進(jìn)入燒烤模式。
要不然飛機(jī)一但出現(xiàn)故障迫降了,發(fā)動(dòng)機(jī)不工作了,飛機(jī)上的所有設(shè)備都會(huì)停止遠(yuǎn)轉(zhuǎn)。一旦迫降在太陽底下,飛機(jī)駕駛艙的溫度就會(huì)至少跟露天停車場里汽車駕駛室里的溫度一樣至少達(dá)到60度左右,沒等救援人員到,飛行員早就烤焦了,那不成了天大的笑話嗎?
為什么呢?因?yàn)轱w機(jī)飛得越高,氣壓越大。飛機(jī)高度每提高一百公尺,氣溫就會(huì)下降0.06攝氏度。飛機(jī)飛行到五千公尺,氣溫就會(huì)下降三十度,想想是個(gè)什么狀況?
舉一個(gè)簡單的例子,紅軍長征的時(shí)候都是爬雪山過草地,只要加強(qiáng)保暖就可以了。但路過六盤山的時(shí)候,紅軍戰(zhàn)士可就做了難,一座山從山腳下到山頂經(jīng)過四個(gè)季節(jié)。山腳下酷熱難耐,半山腰春意盎然,再往上走就是秋風(fēng)瑟瑟,到了山頂就是白雪皚皚了。
六盤山最高峰海拔2900米,而戰(zhàn)機(jī)的飛行高度在6千米以上,即使座艙進(jìn)行過很好的密封,也需要升溫。飛機(jī)里的升溫裝置叫機(jī)艙環(huán)境感應(yīng)式恒控器。它不僅承擔(dān)著機(jī)艙的增壓,空氣循環(huán),溫度控制,濕度調(diào)節(jié)和駕駛艙制氧等諸多功能。
戰(zhàn)機(jī)里的溫度控制系統(tǒng)各國的叫法不一,國際上也沒有一個(gè)統(tǒng)一的名稱。
但無論哪個(gè)國家的飛機(jī),它里面都有類似的環(huán)境監(jiān)測、溫度感應(yīng),制氧加濕裝置。只有這樣,飛行員才能在枯燥、單調(diào)的、緊張的工作環(huán)境中投入地工作,心情舒暢、精力充沛。
戰(zhàn)斗機(jī)的制冷可以依靠ECS(戰(zhàn)斗機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng))來平衡艙內(nèi)的氣溫。
在高空中,每上升1000米,氣溫下降6度。戰(zhàn)斗機(jī)在戰(zhàn)斗時(shí)為了獲取有利優(yōu)勢,都會(huì)盡可能的往高空飛行,普遍都在1萬米以上高空飛行,而此時(shí)的艙外溫度都是零下幾十度。二戰(zhàn)時(shí)期的戰(zhàn)斗機(jī)由于都是在幾千米內(nèi)飛行,而且有些戰(zhàn)機(jī)的座艙蓋還是開著的,因此很多戰(zhàn)斗機(jī)飛行員一般都會(huì)穿著厚厚的皮夾克上戰(zhàn)機(jī),就是為了保暖。
而現(xiàn)代的戰(zhàn)機(jī)的座艙蓋可不是玻璃做的,擁有很好的隔熱和密閉效果。戰(zhàn)斗機(jī)在起飛時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,艙內(nèi)不僅要保暖,還要散熱。ECS主要負(fù)責(zé)飛機(jī)座艙內(nèi)的溫度,濕度,壓力控制,為飛行員在不同的飛行高度調(diào)節(jié)駕駛環(huán)境。環(huán)境控制系統(tǒng)是保證飛機(jī)座艙和設(shè)備艙內(nèi)乘員和設(shè)備正常工作所需的適當(dāng)環(huán)境條件的整套裝置。戰(zhàn)斗機(jī)的制冷系統(tǒng)需要通過吸入渦輪等發(fā)熱部位的熱氣后,通過中冷器和循環(huán)冷卻器等設(shè)備,實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)控。
空調(diào)會(huì)占用座艙的空間,普遍上是不會(huì)才采用的。但是也有例外,有些戰(zhàn)斗機(jī),如果座艙位置夠大,比如YF-12早期所謂的空調(diào)是通過一根管與飛行員的抗壓服連在一起的,當(dāng)然當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)起飛后,飛行員就會(huì)和“機(jī)載空調(diào)”連在一起,這種小型的空調(diào)是在戰(zhàn)機(jī)起飛前的等待時(shí)間中為飛行員散熱。
戰(zhàn)斗機(jī)在地面進(jìn)行維修檢查時(shí),要求戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)備必須運(yùn)行,一旦溫度過高就不利于維修人員的排查,以及可能戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)備不會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這個(gè)時(shí)候也動(dòng)用到空調(diào)車通過輸送冷氣的管道連接戰(zhàn)斗機(jī)的接口,從而實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗機(jī)各零件的散熱?照{(diào)車還可以通過輸入干燥冷空氣使得戰(zhàn)斗機(jī)內(nèi)部的殘留的水蒸氣驅(qū)離,避免飛機(jī)零部件的腐蝕或者故障。
細(xì)節(jié)決定戰(zhàn)爭的勝負(fù),在戰(zhàn)爭史上,查理三世曾經(jīng)發(fā)生過因?yàn)轳R蹄鐵沒釘牢,而丟掉了整個(gè)英國?梢娙绻麤]有把細(xì)節(jié)做到無微不至的地步,會(huì)在最后一里路翻船。戰(zhàn)斗機(jī)的ECS系統(tǒng)就是為了避免飛行員不會(huì)受到戰(zhàn)場外的因素影響,是戰(zhàn)勝對(duì)手相當(dāng)重要的一環(huán)。
前幾天回答過坦克沒裝空調(diào)的原因,現(xiàn)在聊聊戰(zhàn)斗機(jī)裝空調(diào)這事兒,今天再來捋一遍:坦克一般沒有空調(diào),戰(zhàn)斗機(jī)沒有空調(diào),但裝配座艙環(huán)境控制系統(tǒng)(enviroIunental control system),客機(jī)是有空調(diào),汽車也是有空調(diào)的。
最早的戰(zhàn)機(jī)都是沒有座艙環(huán)境控制系統(tǒng)的,由于溫度會(huì)隨著高度的增加而降低,海拔每升高100米,氣溫下降0.6攝氏度,海拔10000米左右時(shí),氣溫就會(huì)下降60攝氏度,即使夏季地面溫度為30攝氏度的高溫天氣,萬米高空也是零下30多度,所以最早沒有空調(diào)的時(shí)候,不需要什么制冷,每人配置一套飛行夾克,保暖。
現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)飛行高度更高,為了滿足飛行員生存所必需的氧氣、溫度、適宜的濕度等,戰(zhàn)機(jī)設(shè)計(jì)有飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)。環(huán)境控制系統(tǒng)就可以供應(yīng)溫度濕度適宜,一定壓力的空氣。
飛機(jī)飛行的高度較高,空氣稀薄,需要發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)將空氣壓縮后,壓力增加,溫度也會(huì)增加,這些高壓熱空氣經(jīng)過在渦輪機(jī)中膨脹做功以及與冷空氣進(jìn)行熱交換后變得溫度適宜后,然后經(jīng)過座艙空氣分配系統(tǒng),將溫度、濕度適宜的空氣供應(yīng)到座艙內(nèi)。
客機(jī)的空調(diào)原理類似,只不過客機(jī)還裝有輔助動(dòng)力裝置(APU),這個(gè)就是一套小型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī),因?yàn)轱w機(jī)在起飛前一般要等待一段時(shí)間,這段時(shí)間乘客已經(jīng)上了飛機(jī),而飛機(jī)未得到塔臺(tái)命令主發(fā)動(dòng)機(jī)還不能點(diǎn)火,這時(shí)就需要額外的動(dòng)力裝置為空調(diào)供氣,這樣就讓乘客在起飛前就享受到了空調(diào)。
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如果你從炎熱的沙漠基地飛行到1萬米高空,飛機(jī)外部空氣溫度將從43°C降到-51°C!溫度變化會(huì)有約100度。飛的再高, 溫度還會(huì)繼續(xù)下降,氧氣濃度也會(huì)越來越稀薄,F(xiàn)代的戰(zhàn)機(jī)都會(huì)有環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS),其主要包括駕駛艙加壓、供暖/供冷空調(diào)、擋風(fēng)玻璃防霧/防冰、 航空電子設(shè)備冷卻,煙霧探測和滅火。
△從擁有先進(jìn)的環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)的現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)上走出英姿颯爽的女飛行員
一、敞篷的一戰(zhàn)飛機(jī),飛行員只能通過穿厚厚的飛行服來抵御高空的寒冷
空調(diào)雖然在20世紀(jì)初就已經(jīng)發(fā)明,但是體積太大,并不適合裝在戰(zhàn)機(jī)上,這種情況一直持續(xù)到大約二戰(zhàn)后。
一戰(zhàn)時(shí),飛機(jī)是敞篷的,飛到高空,再加上飛機(jī)快速飛行產(chǎn)生的風(fēng)速,溫度會(huì)降的很低,即使在夏天,看著飛行員穿著厚厚的皮夾克或皮衣,也是非常正常的事情。如果是飛行高度非常高的轟炸機(jī),即使是在夏天,飛行員仍舊需穿上厚厚的防寒服。
△厚厚的皮衣、皮帽、皮手套、皮褲和皮靴是一戰(zhàn)、二戰(zhàn)飛行員的標(biāo)配
在第一次世界大戰(zhàn)期間,皮革兩件式服裝在飛行員中非常常見,用以抵御低氧高空飛行的寒冷。皮革成為首選材料,因?yàn)樗哂心陀眯,并且可以防止飛行碎片,比如爬升和著陸時(shí)的昆蟲撞擊,以及當(dāng)時(shí)的簡單旋轉(zhuǎn)和直列式電機(jī)拋出的油。1917年,澳大利亞飛行員弗雷德里克·西德尼憑借高空低溫飛行的經(jīng)驗(yàn),開發(fā)出革命性的新“Sidcot”套裝,這是一種飛行服,解決了飛行員在駕駛艙內(nèi)保暖的問題。該飛行服具有改進(jìn),直到20世紀(jì)50年代才被英國皇家空軍廣泛使用。
△一戰(zhàn)前后木質(zhì)螺旋槳飛機(jī)飛行員確實(shí)需要厚厚的皮衣防護(hù)
第二次世界大戰(zhàn)開始時(shí),電加熱套裝被發(fā)明,最早由獅衣與通用電氣公司合作研制,用于巡邏和轟炸機(jī)機(jī)組人員。巡邏機(jī)和轟炸機(jī)經(jīng)常在30,000英尺以上的高海拔地區(qū)作業(yè),空氣溫度會(huì)變的很冷,利用這種帶電阻絲加熱的套裝,可以很好的御寒。
△1925年飛行員的飛行服,典型的“Sidcot”套裝
二、二戰(zhàn)中加壓艙室的出現(xiàn),使得笨重的皮革和羊毛皮夾克和褲子漸漸的變得不再需要
二戰(zhàn)中, 隨著封閉和加壓的艙室開始出現(xiàn),笨重的皮革和羊毛皮夾克和褲子漸漸的變得不再需要。例如,1944年在歐洲的B-17的飛行員,導(dǎo)航員和轟炸機(jī)駕駛員僅需穿著舒適的飛行夾克和軍官制服就可以。但是在中部的機(jī)槍室內(nèi)仍需要穿著厚厚的電加熱套裝,因?yàn)闄C(jī)槍需要通過窗口射擊,冷空氣會(huì)撲面而來。
△英姿颯爽的二戰(zhàn)蘇聯(lián)轟炸機(jī)女飛行員
三、二戰(zhàn)后飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)出現(xiàn)
二戰(zhàn)后,亞音速和超音速飛機(jī)的出現(xiàn)使得飛機(jī)同空氣的摩擦產(chǎn)生了更多的熱量,密封的艙室內(nèi)溫度變得過高,人和機(jī)器設(shè)備均需降溫,于是開發(fā)出環(huán)境控制系統(tǒng)。例如美國F86戰(zhàn)機(jī)在早期型號(hào)上就擁有了環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)。
△F86戰(zhàn)機(jī)的駕駛艙,左下角Environment controls為環(huán)境控制盤
△F86戰(zhàn)機(jī)的飛行員進(jìn)入駕駛艙,飛行服仍有些厚
四、現(xiàn)代飛機(jī)的環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)
現(xiàn)代環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)設(shè)計(jì)的更加合理和智能。飛機(jī)的空調(diào)并不是采用氟利昂來實(shí)現(xiàn),它是通過從發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣獲得冷空氣,這同時(shí)會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的供氧和動(dòng)力,因此通過智能的控制,可以很好地協(xié)調(diào)空調(diào)和發(fā)動(dòng)機(jī)效率之間的關(guān)系。
△現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)女飛行員,飛行服更加輕便(同時(shí)運(yùn)用高科技手段,使飛行服具有防火、保溫等卓越性能)
△典型飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)工作原理圖
戰(zhàn)斗機(jī)的重量控制非常嚴(yán)格,甚至有一句俗語說:“每減輕一公斤飛機(jī)的重量,就可以獲得一公斤的黃金!蓖瑯,對(duì)于戰(zhàn)斗機(jī)的座艙,它當(dāng)然必須盡可能輕,并且必須具有良好的透光性和耐沖擊性。在飛行中,由于戰(zhàn)斗機(jī)座艙必須提供飛行員的視野,因此其透光率必須良好,以確保飛行員的視野不受影響。同時(shí),座艙蓋的強(qiáng)度應(yīng)足夠大以保護(hù)飛行員。由于戰(zhàn)斗機(jī)在飛行過程中會(huì)與空氣產(chǎn)生劇烈摩擦,因此座艙蓋必須具有良好的抗沖擊性和高溫抗變形能力。(J-10戰(zhàn)斗機(jī)座艙蓋)目前,更先進(jìn)的集成駕駛艙通常使用丙烯酸和聚碳酸酯的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是:丙烯酸酯具有良好的透光率(透光率可以達(dá)到90Ω,重量相對(duì)較輕,密度僅為無機(jī)玻璃密度的一半,可以加工得很薄。聚碳酸酯的透光率也非常好,其折射率,耐沖擊性和耐高溫性都非常好,并且具有很好的穩(wěn)定性,將丙烯酸和聚碳酸酯材料層壓后,可以用作座艙覆蓋材料,最后可以用作金屬比頭發(fā)表面更薄的薄膜,可以得到性能優(yōu)異的一體式駕駛艙,我國的J-20戰(zhàn)斗機(jī)使用這種材料制作了駕駛艙罩,綜合技術(shù)水平達(dá)到世界先進(jìn)水平水平。(J-20戰(zhàn)斗機(jī)的集成座艙蓋)對(duì)于噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)來說,空調(diào)也是必要的,但是人們并不稱其為空調(diào),而是稱其為戰(zhàn)斗機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS),該系統(tǒng)可以控制駕駛艙中的空氣供應(yīng),溫度和壓力。 。地面溫度和高海拔溫度之間可能會(huì)有很多差異。根據(jù)定律計(jì)算,海拔每升高1000米,溫度將下降6度,如果地面溫度為36度,則海拔5000米處的溫度僅為6度。在這種惡劣的環(huán)境中,如果飛機(jī)沒有“空調(diào)”,飛行員將很難忍受這種低溫,并且飛機(jī)上的電子設(shè)備也需要合適的環(huán)境才能工作。(戰(zhàn)斗機(jī)的座艙中有大量電子設(shè)備,需要適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟龋┉h(huán)境控制系統(tǒng)主要通過從發(fā)動(dòng)機(jī)引入空氣來控制車廂內(nèi)的溫度。當(dāng)需要熱空氣時(shí),系統(tǒng)將引入由發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器加熱的空氣來加熱機(jī)艙。當(dāng)需要冷空氣時(shí),空氣將首先被熱交換器冷卻,然后到達(dá)冷卻渦輪進(jìn)行工作,從而進(jìn)一步降低空氣本身的溫度,最后將完全冷卻的空氣輸送到機(jī)艙中。(良好的座艙環(huán)境有助于減輕飛行員的負(fù)擔(dān))當(dāng)今的戰(zhàn)斗機(jī)在性能上已經(jīng)變得更加先進(jìn),并且都配備了環(huán)境控制系統(tǒng)。有了它,可以有效減輕飛行員的負(fù)擔(dān),確保電子設(shè)備的正常運(yùn)行。但是,一旦該系統(tǒng)出錯(cuò),后果將是嚴(yán)重的。例如,美國F22戰(zhàn)斗機(jī)曾因缺氧而引起昏迷,最終導(dǎo)致了飛機(jī)毀壞的悲劇?梢钥闯,戰(zhàn)斗機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)不僅是“空調(diào)”,對(duì)于飛機(jī)的安全飛行也至關(guān)重要。(F22戰(zhàn)斗機(jī)攜帶氧氣瓶來解決飛行員的缺氧問題)
炎炎夏日,太陽歐巴在盡情地?fù)]灑著他的熱情,越靠近他,就越能感受到滾燙的熱情。我們生活在地面上的人感覺已經(jīng)這樣強(qiáng)烈,那么開著飛機(jī)翱翔在空中的飛行員呢?
人類生活在地球的對(duì)流層,戰(zhàn)斗機(jī)們普遍起飛后會(huì)進(jìn)入距離地面10-50千米的平流層中飛行,我們所在的對(duì)流層下熱上冷,而戰(zhàn)斗機(jī)飛行的平流層是下冷上熱,由于現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)飛行高度大約是18千米,屬于平流層的底部,所以不管飛機(jī)在對(duì)流層飛行,還是在平流層飛行,它的外部溫度都不高。從對(duì)流層到平流層,每提高100米高度,溫度會(huì)下降0.6攝氏度,飛機(jī)進(jìn)入到平流層的時(shí)候,按照飛行高度18千米計(jì)算,機(jī)身外部溫度比地面要低了約108攝氏度,即實(shí)際溫度大約在零下75攝氏度。
這里,我們還需要考慮到飛機(jī)飛行與大氣摩擦產(chǎn)生的熱量,戰(zhàn)斗機(jī)在平流層內(nèi)的飛行速度是1.5-2.0馬赫,產(chǎn)生的溫度約100攝氏度,按照這樣計(jì)算的話,這個(gè)摩擦產(chǎn)生的溫度與高度產(chǎn)生的溫度相抵消后,飛機(jī)機(jī)身的溫度大約是25攝氏度,這個(gè)溫度是人類最舒服的溫度,飛行員不會(huì)感覺到炎熱。
既然是25攝氏度,那么第二次世界大戰(zhàn)的時(shí)候,為什么戰(zhàn)斗機(jī)飛行員們都要穿著厚實(shí)的皮衣開飛機(jī)呢?第二次世界大戰(zhàn)的時(shí)候,戰(zhàn)斗機(jī)的飛行高度不高、速度不快,機(jī)身外的溫度不高。以蘇聯(lián)的米格3高空截?fù)魴C(jī)為例,飛行高度約8千米,速度約600千米/小時(shí),離地8千米,與地面溫度差是48攝氏度,即實(shí)際溫度約零下13攝氏度,然后飛行速度約600千米/小時(shí),這個(gè)速度產(chǎn)生的摩擦熱量相對(duì)有限,摩擦產(chǎn)生的溫度與高度產(chǎn)生的溫度相抵消后,飛機(jī)機(jī)身的溫度約15攝氏度。15攝氏度的話,人體會(huì)開始感覺到輕微的冰涼,加上當(dāng)時(shí)的飛機(jī)座艙蓋的氣密性一般,如果飛行員不穿厚點(diǎn)的衣服,時(shí)間長了后,膝蓋會(huì)嚴(yán)重受損。
飛機(jī)在高空中飛行,機(jī)身的溫度其實(shí)不高,飛行員不會(huì)感覺到熱,如果飛機(jī)處于起飛狀態(tài)和低空飛行狀態(tài)的話,溫度會(huì)比較高,此時(shí)的座艙內(nèi)溫度需要靠飛機(jī)座艙環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)來調(diào)整。從某種程度來說,飛機(jī)座艙環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)是一部空調(diào),只是這部空調(diào)的功能十分強(qiáng)大。飛機(jī)上配置的座艙環(huán)境控制系統(tǒng)主要用于調(diào)節(jié)座艙內(nèi)空氣的溫度、流速、濕度以及大氣壓力和壓力變化率等,確保飛行員能夠在不同的飛行狀態(tài)和外界條件下,擁有良好的工作條件和生活環(huán)境。
當(dāng)飛機(jī)飛行的高度、速度和環(huán)境發(fā)生改變的時(shí)候,機(jī)身的溫度會(huì)發(fā)生變化,座艙內(nèi)的環(huán)境也隨之發(fā)生改變。夏天的時(shí)候,當(dāng)飛機(jī)處于高空飛行的時(shí)候,座艙內(nèi)的溫度適中,飛行員不會(huì)感覺到熱;當(dāng)飛機(jī)處于低空飛行的時(shí)候,溫度會(huì)偏高,這時(shí)候ECS這套超級(jí)空調(diào)系統(tǒng)會(huì)保證座艙內(nèi)的飛行員擁有良好適中的工作環(huán)境。
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