機艙里的冷氣為啥這麼強?揭秘用渦輪製冷的飛機空調 【萌萌戰隊】

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最近一位網友說他前幾天乘坐某航班機
一上去就發現裏面寒氣瀰漫猶如仙境
起飛不久便凍得瑟瑟發抖
而且大中午還不給管飯
乘客們飢寒交迫之下
紛紛找空姐租賃毛毯保暖
網友納悶如此窮酸的航班
爲啥冷氣卻馬力十足
難道飛機空調開再大也不費錢嗎
這讓我想起小時候
暑假乘坐西北航的圖-154客機
一上去就送個小摺扇 裏面非常悶熱
空姐說這趟人多起飛動力需求太大
要是不關空調飛機就起不來
可是即將到達目的地準備降落時
機艙溫度又開始升高
見乘客抱怨四起 乘務長立即更換話術
她說夏季是空調故障多發時段
所以破例將貴重的小摺扇贈送諸君以表歉意
乘客聽聞無奈之至繼續扇扇子
從上述案例不難發現
客機的空調即使出現一般故障
也能在高空維持最起碼的增壓控溫和換氣
那麼這種裝在機腹裏形狀怪異的空調
到底是怎樣製冷的呢
另外觀察空調的散熱進風口
發現風道里還在呼呼地噴水
這又是怎麼回事呢
爲研究飛機空調的原理
我們就來觀察一架飛行中的波音-777
發現這架飛機的肚皮上
也開了左右兩個空調冷卻進氣口
從開口的位置看
空調應該就藏在進氣口和主起落架之間
果不其然
這裏確實有兩個長得奇形怪狀的空調
它們完全靠發動機的引氣工作
也就是B-777的GE90發動機
在低轉速下會從高壓壓氣機的第9級
引出壓縮空氣
而高轉速下則從第4級引氣
這樣最高溫度達250℃的壓縮空氣
就從引氣管進入空調的第1個熱交換器裏
經機腹進氣口的衝壓氣流冷卻到200℃
通入用兩個串聯渦輪構成的空氣循環機ACM
只見下面的渦輪葉片莫名其妙轉動起來
將空氣再次壓縮升溫至250℃
然後送進第2個熱交換器
由於這裏直接迎風散熱更強
使壓縮空氣降溫到50+℃
並依次穿過再加熱器
和旁邊的冷凝器繼續放熱
最後降溫到10℃離開
這時冷凝器裏凝結的水也順着管子流出
被水分離器收集後通到進風口處噴灑
這樣嘩嘩滋水就可使裏面的熱交換器
散熱進一步增強
同時10℃的壓縮空氣拐回頭
又通進再加熱器中吸熱升溫至40-50℃後
進入渦輪膨脹做功推動葉輪
以帶動下面的壓氣機持續壓縮空氣
而上面渦輪裏的壓縮空氣經膨脹降溫
變成零下5℃左右
將其通入冷凝器吸熱升溫到約4℃排出
最終到達混合器
在這裏冷氣和經過調壓的高溫引氣混合
分別通入駕駛艙 客艙前段和客艙後段
以維持機艙壓力和溫度
可見飛機空調是通過增減冷氣來調溫
冷氣不開到最大那就是浪費
但令人疑惑的是爲什麼該空調
只靠空氣循環機ACM就能製冷呢
研究這兩個渦輪的循環過程發現
經過初次冷卻的引氣
進入和離開下面的壓氣機時
體積縮小 溫度壓力升高 發生了絕熱壓縮
然後經過主熱交換器冷卻
壓力不變而體積和溫度降低 發生定壓放熱
接着氣體經過冷凝排水和再加熱
到達上面的渦輪 經膨脹做功輸出動力
體積增大 溫度壓力降低 發生了絕熱膨脹
最後冷氣經過機艙循環排進大氣
再被髮動機引氣送回來
體積溫度壓力都和先前一樣
所以在外界經歷了定壓加熱
通過這個逆向的布雷頓循環發現
壓縮空氣在ACM裏一進一出
就經過了1次升溫和2次降溫 使熱氣變成冷氣
而這全靠引氣較高的初始溫度和壓力
才讓ACM通過氣體膨脹獲得動力
所以發動機引氣既是空調的動力來源
也是製冷劑
這樣看來其工作原理確實較爲巧妙
但空調的控制電路和管線閥門十分繁雜
一到夏天各種毛病就層出不窮
這迫使不少航班窮兇極惡
在空調完好時拼命開足冷氣
希望藉此大量出租毛毯
以便多掙幾個窩囊廢
