2013年5月12日 星期日

飛機系統 07 氣動力系統 (7) 防除冰裝置

原本想說接續著艙壓的部份,順著把氧氣的供應給講完,不過剛才想了一下,這部份和氣動力系統沒什麼關聯,所以還是先把氣動力系統講完先!


防/除冰 (anti-icing/ de-icing)是現代大型民航機的標準配備。積冰的問題對飛行最大的危害就是會影響飛機的性能。積冰主要可分為 induced icing以及 structural icing。 所謂的 induced icing,就是在引擎進氣口的冰,如果不處理掉的話,隨著積冰增加,引擎進氣少,產生的推力也會減少。當整個進氣口都被冰堵住的時候,引擎就熄火了。

不過這比較像是小飛機化油器結冰的情況。以噴射機來講的話,我個人的認知是,空氣從進氣孔進入後送到壓縮段,這時候空氣不斷地被壓縮、溫度升高,結冰的問題不像小飛機一樣會一路塞到引擎內部。但進氣口附近的冰,就噴射引擎而言,會嚴重地擾亂氣流的平整度,影響到氣流和葉片間的攻角 (angle of attack),造成失速 (stall)。

一般而言除冰的方法不外乎加熱,引擎莢艙 (nacelle)的除冰,剛好可以仰賴從壓縮段來的熱氣。


大致就像是這樣,從壓縮段出來的熱空氣,經過流量的控制 (沒畫出來)通過導管繞著進氣口一圈。導管外有孔可以讓熱空氣往進氣口裡吹。繞了一圈的熱空氣,多餘的也可以向外排掉。

接下來是 structural icing的部份。就字面上的意思,就是在機體的結構上產生積冰的現象,而整架飛機我們最不希望結冰的地方就是機翼,因為飛機要飛起來,仰賴的就是機翼所產生的升力。


圖為兩片機翼的剖面圖。上圖是正常的機翼,空氣流過翼面時分成上下兩股氣流,上面的氣流流速快、壓力小,下面的氣流流速較慢、壓力大,壓力大的氣流往壓力小的氣流移動,產生一股向上的力量,叫做升力。機翼要能產生升力,靠的就是氣流能平順地流過翼面上下。如果因為異物造成翼面不平順,就像下圖機翼前緣的冰,原本該平順流過的氣流被打亂了,產生升力的效果就大大減低,甚至完全無法產生升力。另外一個積冰的危害就是它很重,在升力降低的狀態下,飛機同時也因為積冰的關係重量不斷增加,而無法維持高度,在較嚴重的狀況下,因為積冰造成的空難並不少見。


上圖右邊看起來很熟悉吧,這是前幾篇介紹過引擎壓縮段的空氣如何調壓調溫的示意圖。這個圖中可以看到有部分的熱氣送去做引擎莢艙的除冰。上面也有部份的空氣被導入機翼前緣,可以把冰融掉。

除了使用熱氣把冰融掉之外,有些飛機使用的是一種叫「除冰罩」(de-icing boot)的設備。這是一種裝在機翼前緣的橡膠囊袋,當結冰的時候,飛行員啟動除冰裝置,氣動力就會進入,把橡膠囊袋撐大,藉此把附在外面的冰撐破,碎掉的冰就會被風吹走,如下圖所示:


以上是氣動力系統應用在防除冰機制的部分,接下來...要介紹哪個系統,再讓我想一想吧!總之氣動力系統目前是告一段落啦!

《待續》

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