為什麼飛機客艙這麼冷?飛機空調是怎麽運行的?
#書摘,科普新知,航空,飛機,噴射客機的飛行原理,中村寬治,晨星出版,知的

為什麼飛機客艙這麼冷?飛機空調是怎麽運行的?

吳雨書2024/12/01

我們搭飛機時,時常覺得「冷颼颼」,到底為什麼客艙溫度這麼冷呢?原來,飛機客艙保持低溫,是為了保護乘客和機組人員的健康與安全。根據 Rosen Aviation 報導指出,客艙溫度通常介於攝氏 22 度至 24 度之間,不僅能夠讓乘客感覺舒適,也能維護乘客健康。 客艙低溫有助於減少暈機等健康緊急事件的發生頻率。由於久坐、含氧量降低、機艙壓力變化等因素,都可能增加暈眩風險,加上飛機達到巡航高度時,空氣更乾燥,很容易讓人脫水,產生頭痛、暈眩、肌肉痙攣和虛弱感。低溫除了舒緩暈眩,也能夠最大程度地減少水分流失。 而客艙低溫也可以降低在飛機上感染疾病的風險。透過強大的空調系統,減少空氣水分,去除微生物,進而減少病菌傳播。 那麼,飛機空調是怎麽運行的呢?為什麼在1萬米的高空上飛機可以自由調節機艙內溫度?就讓我們一起來看看飛機的「空調系統」。(上圖來源:維基百科) ▌空調系統 飛機在高空飛行時,除了引擎聲、機體震動、長途時差之外,客艙內相較於地面的低氣壓及低溼度也會對人體產生影響,因此調節客艙氣壓、溫度、溼度及換氣的空調系統很重要。 即使外界溫度高於30°C或低於-60°C,飛機也必須保持機艙內舒適的溫度。讓我們看看它的運作原理。 噴射客機的空調系統是利用「空氣循環」的系統 在飛行中,引擎會吸取外部空氣並加溫加壓,調節出適切的溫度送進機艙內。 「絕熱壓縮」是指壓縮空氣後,即使不從外部加熱,溫度也會升高;反之,「絕熱膨脹」就是讓空氣膨脹後使溫度下降。飛機從引擎壓縮機中抽取的高溫高壓空氣,會透過由壓縮機和渦輪組成的空氣循環機(ACM)產生低溫空氣,將低溫空氣與中溫及高溫空氣混合,調節為最佳溫度後供應至機艙內。 ▌引氣系統 飛行時,引擎會提供引氣給空氣調節組件。空氣調節組件(A/C PACK)是空氣循環機(ACM)、熱交換器、冷卻風扇等空調所需設備的總稱。這個名字不僅波音公司使用,空中巴士公司也同樣使用。 引氣的溫度和壓力會被調整成適合空調的氣流。例如當推力桿控制到最小推力怠速時,第8級壓縮機引氣的溫度和壓力不夠,因此第13級的流量控制閥將打開,釋放比第8級更高溫、高壓的引氣。反之,當溫度或壓力過高時,預冷控制閥將打開,由風扇口的低溫引氣來將之冷卻。如果溫度仍然沒有下降,感應器將會關閉引氣閥,停止對空氣調節組件供氣,並使警示燈亮起。 ▌空氣調節組件系統 當空氣調節組件開關打開時,組件閥門會打開,高壓、高溫(180°C)的引氣會流入空調機組。首先,經由熱交換器被冷卻(80°C)。然後在壓縮機會產生高壓,溫度也會上升(110°C)。再經過熱交換器被冷卻(50°C)。如此反覆冷卻,積蓄的壓力能轉換成速度能,使渦輪旋轉。完成渦輪機轉動的引氣會消耗壓力能,變成低壓。換句話說,引氣是因為絕熱膨脹而變成冷空氣。 這些冷空氣(2°C)透過混合閥,與中溫(50°C)和高溫(180°C)的空氣混合,可以達到適當的溫度(24°C)。順帶一提,夏天穿輕薄衣服時,會將溫度調整為比24°C稍高一點,而冬天穿厚衣服時,溫度將設定稍微低一些。 空氣調節組件具有保護功能。首先,引擎在飛越雲層時,經常會吸入含有水分的空氣,因此,如果引氣中含有的水分結冰,水分離器可能會被堵塞。因此,當渦輪出口溫度低於2°C時,35°F閥的閥門會打開,允許中溫空氣流入,控制溫度以防止結冰。 它還具備耐高溫保護功能。當壓縮機出口溫度達到115°C以上,冷卻門將完全打開,增加流入熱交換器的外部空氣量(飛行高度10,000m時為負50°C)。若溫度仍不下降且壓縮機出口溫度超過200°C,則組件跳閘警示燈會亮起,關閉組件閥門並啟動電動冷卻風扇,強制讓外部空氣流入。 隨著航太科技的進步,搭機的舒適度也會有所改善。例如波音787的空調有別於其它機型,是運用電子壓縮機來製造空氣,且由於機身結構運用大量複合材料,強度增加可讓機艙內的氣壓高度降至約海拔1800公尺高的程度。此外,還搭載了能維持機艙內溼度的裝置,提升乘客的飛航舒適品質。 ※本文摘錄自《噴射客機的飛行原理:在飛行員的操縱下飛機怎麼運作?噴射客機系統的詳細圖解!》,並經由編輯重新整理編撰。

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飛行員最害怕的機體震動是什麼?
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飛行員最害怕的機體震動是什麼?

吳雨書2023/08/31

在飛行過程中,有一種令無數飛行員「聞之色變」的現象,就是「機體震動」,也就是「抖震」。因為一旦在飛行中發生抖震,飛機就可能在幾秒鐘內解體,飛行員幾乎沒有應變的時間,很容易造成機毀人亡的災難性後果。 我們現在就要帶大家一起來了解什麽是抖震?抖震是如何發生的?飛機又是如何預防抖震發生? ▌什麽是抖震 500多年前,李奧納多.達文西模仿鳥類飛行製造出了一架撲翼機,之後人們經過長期反覆的實踐,終於在1903年發明了飛機,實現了飛上天空的夢想。此後30年,飛機不論在速度、高度和飛行距離上都超過了鳥類。 但當飛機飛行變得更快、更高時,設計師又碰到了一個難題,就是抖震現象。抖震曾多次造成飛機墜落,許多飛行員因此喪生,飛機設計師們為此花費了巨大的精力研究抖震現象。現在,抖震仍然是飛機設計必須要考慮到的問題,對飛機設計至關重要。 抖震是一種從主翼分離出來、具有強烈動能的空氣流在機體後部產生劇烈震動的現象,又分為低速抖震及高速抖震。 ▌發生抖震時應該怎麼辦 不論是低速抖震或是高速抖震,兩者都是發生失速的前兆,但是這兩者的恢復操作不同。 當發生低速抖震時,為了要縮小過大的攻角,需要讓飛機機首向下並加速。相反地,當發生高速抖震,為了避免衝擊波,飛機一定要減速。但是如果將機首抬高減速,反而會讓攻角變大,造成通過機翼上方的氣流加速而助長衝擊波發生,可能會讓抖震更劇烈。因此需要一邊使用減速板,利用減少推力來減速。此外,下降飛行高度會是最有效的恢復操作。 從以上可知,抖震是由飛機的姿勢,也就是升力係數及飛行速度決定。不過,發生抖震時的升力係數與飛行速度之間的關聯很難從理論上預測,這是透過試飛演算出抖震發生時的升力係數與馬赫數之間的關聯。兩者的關聯如上圖,可以用一條簡單的曲線表示。 而這裡要再為大家補充的是「棺材角」,棺材角(Coffin corner,又稱Q角落,Q-corner)意指兩種抖震同時發生,導致無法維持飛行的可怕角落。隨著飛機高度升高,低速抖震與高速抖震的界線會逐漸接近並交叉,這個危險的區域就被稱為棺材角,因為不論飛快、飛慢都會失速。 消除抖震是飛機設計工程師的最終目標,然而,飛機抖震的機理複雜,只有在飛機設計的最後階段,飛機結構、氣動構型、控制系統等能夠被合理準確地建立起來時,才能對新設計的飛機進行精確的抖震特性分析。 我們搭乘飛機翱翔天際之時,不免對飛機的構造及飛行原理產生好奇,為什麼飛機這麼大可以飛起來?飛機起飛為什麼要逆風?飛機起飛及降落需要跑多少距離?燃油要裝多少才夠?《飛行員在駕駛艙裡做什麼?》就要帶你來解答這些疑問,說明從準備出發到抵達目的地的注意事項、燃油效率最大化的巡航高度及速度、飛行重量與重心位置的關係及決定方式等,書中搭配操控面板的細緻圖解、機體各部位的詳細解說,讓你彷彿置身駕駛艙中,跟著飛行員一起開飛機!

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