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战斗机飞行时需要大量的电力是如何解决的?
在过去的航空技术发展过程中,战斗机的动力系统演变从最初的活塞式发动机,演变到现在的涡喷、涡扇动力,由此带来的飞机性能大幅度提升,载荷、航程、机动性能方面都有了长足的进展,其机体内部也配置了大量的航空电子设备,比如GPS、高度表、飞控机、火控雷达、数据链等等,打一个通俗的比方,飞行过程中战斗机内部其实就如同一个飞行的计算机机房。为了保障这些设备的正常电力需求,一般***用下面两种方式:
这是战斗机在地面进行机务准备过程中的一个必备环节,电源车一方面给飞机内部的电池模块充电,以供飞行过程中紧急情况下使用;另一方面直接向飞机供电,以便于进行设备检测和发动机启动。
2、发动机驱动发电机供电模式
无论是涡喷还是涡扇发动机,一般在外机匣中都会配置相应的发电机,当发动机启动之后驱动发电机发电,这样就可以通过飞机内部的电路网络向航电系统供电了。这种方式应该是正常飞行中最主要的供电模式。
只有当发动机受损,发电机无***常供电时,才会由电池模块进行应急供电。
好的,关于这个问题咱就谈到这里了。
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现代战斗机不像是二战时期的战斗机了,那个时候战斗机上除了发动机,其他的都可以用人工来完成。机炮发射和置放炮弹都是由机械机构完成的,飞机上面并没有太多的电子装置,即便是有无线电系统,也是由飞机上自带的蓄电池来进行供电的。现代战斗机更多的是依赖航空电子系统。像雷达、无线电、自身的定位系统、火控系统。而且是现代战斗机的代数越来越高,高科技的仪器设备也都搬到了飞机上面。现在战斗机对电力的需求也就越来越多了,如果还像二战时期那样只靠飞机上的蓄电池来进行供电,几乎已经不太可能了。所以现在飞机上都是***用发电机供电,这一点可以参考现在的家用汽车。
为现在战斗机提供电力的途径有三种。
最主要的就是飞机上的主发动机带动的IDG发电机进行发电。这就像家用汽车上面的发电机一样。在飞机升空发动机正常运转的情况下,IDG会进入运转状态来为整艘战斗机提供电力输出,这是战斗机上最常用的提供电力的办法,不光是战斗机民航客机上也是用这种办法来为整机提供电力输出的。战斗机的发动机在空中停车的几率很小,但是也不是完全排除的。这个时候就需要***的供电设备。
战斗机上另一种***供电设备就是APU***动力发电机。它是战斗机上的***发电机,在战斗机的主发动机出现故障的时候,为飞机提供应急电力。战斗机上会有特定的部位来装配几架涡轮,通过了吸入空气带动周围的APU***发电机运转。
不管是战斗机还是民航客机,在飞机起飞之前大家都有注意到飞机周围的小绿车。这是一架飞机的电源保障车,它可以在这架飞机没有启动发电机之前,为整艘飞机提供动力输出当然也可以作为飞机发动机的启动电源。
APU***动力,和主发动机带动IDG发电机进行供电
战斗机上产生电力供应的发电机分别有两个,一个是APU***动力的发电机,另一个是主发动机带动的主发电机。一些大型客机上还会有小型启动发电机来启动APU***动力或者紧急供电,但战斗机这块一般会用电池组或地面电源解决。军用和民用机场都配有电源保障车,可以在不启动飞机自身发电机情况下,给飞机供电,必要时还可以作为飞机启动电源。
APU***动力是一台小型涡轮燃气发动机,他可以独立向飞机提供电力,最主要作用是带动飞机主发动机启动。由于航空涡轮发动机需要空气流量达到一定程度,所以无法直接点火,需要压气机风扇工作到一定速度,从外界吸入大量空气才能成功启动。
民航客机的APU除了发电以外还有向客舱内提供增压空气等功能,他一般装在飞机尾部,这样APU工作产生的废气向后排出,也可以产生一部分推力。飞机发动机的启动过程是启动电源先启动APU工作,产生的电力带动涡扇发动机中心的电动机,驱动压气机转动,达到一定转速可以吸入足够空气流量后再点火启动发动机,整个过程需要几分钟时间。所以战机飞行过程中出现发动机停车是非常危险的事情,因为重新启动远没有汽车那么简单,这也是单发战斗机故障率要远比双发战斗机高的重要原因之一。
战斗机上的APU装在机身内,上图F-22机身上方的方形开孔是F-22的APU排气口。
另一个供电系统则是发动机的IDG发电机(integrated drive generator 整体传动发电机),他是在发动机的主传动轴上通过锥形齿轮,引出一根横向传动轴,驱动发动机外的IDG发电机工作产生电力。CFM56-3涡扇发动机结构,黑框部分是IDG发动机以及传动轴,当发动机正式开始工作后,传统轴通过离合器与主轴相连,带动发电机产生发电,这也是飞机的主要电力供应来源。军用涡扇发动机的IDG发电机在发动机桶舱外,羊毛出在羊身上,发电机的能量来源也是发动机燃料燃烧做功。可以通过更换发动机的IDG电机来改变供电功率,但是发动机推力也会受到影响,传统航空发动机这方面调整难度较大,新的FADEC(全权数字控制)发动机较方便。由于战斗机航电设备急剧增加,现在四代半和第五代战斗机所需电力急剧增加,新的航空发动机普遍大幅度增加发动机电机功率,像美军EA-18G电子战机更是更换发电机来增加电力供应。
过去的飞行员体力要求非常强,60年代飞行员都长的膀大腰圆,飞机的拉杆蹬舵全凭人力用几根钢丝拉动舵面对抗几吨的风压,所以对电力要求不高,后来,战机的升级换代,各种操控全凭油压电力助动,仪表武器系统,没有电更是行不通,所以发电机就像是飞机的心脏了,每个发动机都配有发电机,互相备份以保飞机电力充足从不中断。为了减轻飞机重量,有的把电动起动机和发电机做成一个部件,后来在功能转换上存在问题,大多发电机做成单一功能的,所以发电机提供的电力是必须满足飞机飞行和战斗所有需要的。相对飞行的动力上万千瓦,发电机所需动力百分之一都不到。很容易满足,为了防备主发动机空中停车,失去操控动力,也有用APU***发电机,一种小型燃气轮机来发电以应不时之需。
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