(来源:中国航空报)

冲压空气涡轮。

图中数字2指向发动机内部的一根传动轴,将压缩机部分连接到辅助齿轮箱。

从压气机主轴上引出的传动轴,驱动发电机发电。

辅助动力装置(APU)。如今,现代喷气式客机的自动化程度不断提高,各种电气设备和传感器遍布整个飞机,飞机的静压空间和线槽内布满了数百千米长的电线和电缆。这一切都需要飞机有足够强大的电力供给。现代客机还在飞行过程中给使用个人电子设备的乘客提供所需的电力,这意味着可以在飞机上办公或者观看电影、玩游戏来打发时间。突然之间,飞机的整体电力需求就变成了几百个用户、几十个系统和许许多多的设备。飞机能够在长途飞行中提供如此大的电力,真是令人惊叹。经过数十年的改进发展,如今客机上已发展出4个提供电力的系统。发动机提供主要电力与汽车一样,飞机的大部分电力由与发动机机械连接的交流发电机产生。发动机内部有一根传动轴,将压缩机部分连接到辅助齿轮箱(AGB),后者驱动发电机发电。辅助齿轮箱效率很高,但也会增加发动机的润滑油消耗。地面工程师会定期检查辅助齿轮箱,以确保有足够的油量来润滑并最大限度地减少内部部件的摩擦,从而产生尽可能多的电力。发电机的输出通常为28V直流电,为飞机的直流系统和设备供电。整流器会将电压转换为115/230V交流电,用于乘客用电等。这一过程持续进行,只要飞机发动机运转,即使飞机在地面上也能持续工作,产生的电力足以满足整架飞机的电力需求。发电也是冗余的。每个发动机通常都能为整架飞机提供足够的电力。例如,空客A320的发动机可提供超过150千瓦的功率,但通常只需 50千瓦即可运行。这也为未来潜在的设备添加提供了一定的可扩展性。即使所有发动机的电力供应都出现故障,现代客机通常也配备三个辅助系统来提供所需的电力,确保飞机至少能够紧急降落。备用电源一:辅助动力装置辅助动力装置(APU)被认为是主要的备用电源,它是一种燃气涡轮发动机,与机翼下的发动机类似,但通常位于中型及大型客机的机身后部。这种燃气涡轮发动机主要有两个用途:为飞机控制系统、客舱照明和其他关键任务系统提供电力;为飞机周围的系统提供压缩空气。辅助动力装置使用比航空燃油更便宜的燃料,这可以节省一些燃料成本,并减少主发动机的磨损。它们通常在飞机上下乘客时运行。在起飞时关闭,但飞机达到巡航高度后可能会根据动力需求重新启动。由于辅助动力装置不提供推力,因此它们不被视为发动机。辅助动力装置提供的气动作用是引气,它本质上是发动机内部的压缩空气,被重新引导到管道中并分布到整个飞机。这种设计无须使用空气压缩机等额外设备,从而实现了辅助动力装置的最佳利用率。这可用作初始启动压力,在主发动机涡轮叶片启动前使其达到额定转速。它还可为暖通空调(HVAC)系统增压。备用电源二:冲压空气涡轮在紧急情况下,如果发动机和辅助动力装置都无法提供足够的动力,机组人员可以使用另一种工具:冲压空气涡轮。冲压空气涡轮是一种必不可少的风力涡轮机,它可以从机身向下翻转,利用飞机的前进速度将空气推动叶片,然后转化为电能。这为关键的电气和电子设备提供动力,例如,航空电子设备、客舱照明和起落架。有些冲压空气涡轮机可能只产生液压,然后将其转化为电能。与辅助动力装置不同,冲压空气涡轮仅用于应急。大多数飞行监管机构要求,如果在飞行过程中意外打开冲压空气涡轮,也必须报告。冲压空气涡轮还会给飞机增加很大的阻力。大多数飞机必须以不低于130节或240千米/时的速度飞行才能产生足够的电力而不会失速。备用电源三:电池供电如果飞机发动机、辅助动力装置和冲压空气涡轮机断电,还有最后一道防线——备用电池。备用电池分为主电池和应急电池。主电池通常用于辅助动力装置的启动,进而帮助启动主发动机。它还能为一些可能需要临时执行的功能提供电力,例如加油指示器或在飞机运转需要牵引时进行刹车。有些飞机可能配备两块主电池,其中一块专门用于发动机启动。发动机上的交流发电机启动后,即可为主电池充电。应急电池保证飞行中紧急情况下的电力供应,可为飞行控制系统和重要系统供电15至20分钟——足以确保在紧急情况下尽可能安全着陆。客机电池通常采用镍镉或铅酸电池制成。主电池和应急电池均为短时高放电电源。主电池通常提供10Ah至50Ah的电流;应急电池的供电量可能只有1Ah到10Ah。为了确保电池的可靠性,通常每飞行400小时或按照制造商的建议进行一次测试。当前,航空业正面临着一场潜在的巨变。飞机是一种日益电气化的交通工具。工程师面临的最大挑战是如何以可靠且轻巧的封装方式,以实现可持续、安全的电动飞行所需的功率密度。 (航柯)