2013年5月6日 星期一

飛機系統 02 氣動力系統 (2)

上一篇提到氣動力的來源有引擎 (engine)、氣源車 (GPU)以及輔助動力單元 (APU)。這篇我們來看看引擎如何提供氣動力。

空氣由引擎進氣口進入後,一部份的空氣進入到壓縮段。壓縮段是一系列的葉片組成的,詳細構造留到講噴射引擎再說明,總之,空氣在進入壓縮段時會被壓縮,因此壓力會上升,同時氣體的溫度也會增加。壓縮段中段 (intermediate pressure stage)和後段 (high pressure stage)的壓縮熱空氣分別被導至氣動力系統中供應系統運作。如同前篇提到的,引擎的推力輸出會影響到壓縮段的壓力及溫度,因此要怎麼調整這兩個氣動力來源所供應的熱氣,就藉由下一張圖來說明。副帶一提,HP stage的溫度可高到攝氏400度左右,而這個溫度是靠氣體壓縮提升的,還沒有進燃燒室燃燒喔。


這張圖分成三個部份來講。上面兩個引擎的圖其實是一樣的,左圖是在高轉速,右圖是在低轉速時一些閥 (valve)的開關狀態。

先撇開轉速不講,先講一下壓力和溫度怎麼調控。氣從IP或HP進入後,透過PRSOV調整成適當的壓力進入系統,但此時溫度仍然很高,由於飛機裡面有很多複雜的管線,高溫的氣體經過可能會有過熱甚至起火的疑慮,這時的高溫氣體就必須先做初步的冷卻,降溫到大約攝氏一百多度的範圍。

為了要達到降溫的效果,引擎前段進氣的地方會有導管把未壓縮的冷空氣帶到 fan air valve,透過FAV調整適當的量之後進到 pre-cooler幫熱空氣進行初步的降溫,降溫後的熱空氣在提供給下游的使用端。

接著來講引擎轉速的問題。整體來說,轉速愈高,壓力和溫度愈大,在低轉速時IP段的壓力不夠大,高轉速時HP的壓力太大,因此在高轉速時使用IP、低轉速時使用HP做為氣動力的來源。

HP valve是由電腦控制的閥門,會根據引擎的出力 (轉速)開關。因此當轉速高時,HP valve便會關閉,加壓熱空氣由IP端經過一個 check valve流向PRSOV。

但當轉速低時,HP valve就會打開,此時 IP和 HP的加壓熱空氣都會往系統裡面跑。圖片下方畫的是 check valve的示意圖,check valve可視為一個單行道,中間有一個圓球被彈簧往左邊的方向頂住。當氣由左方進入時可以推開圓球往右邊跑,但右邊來的氣只會把圓球往封死的方向推,因此右邊的氣流無法向左流動。

當低轉速 HP valve打開時,HP通過管路時一部份會往 check valve逆向推,IP則從 check valve另一邊順向推動。但由於HP的壓力大於IP,所以IP推不過HP,使得管線中只會用到HP的加壓熱空氣。

從引擎壓縮段來的氣,便是如此調整壓力及溫度後,送往下游的系統。下個篇章我們將討論飛機上的空調是怎麼來的。和一般家用冷氣不同,飛機上的空調是不需要冷媒的唷!

《待續》

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