01 客艙的正常冷卻

正常情況下，在高空中，客艙空氣來(lái)自于外界稀薄的大氣，發(fā)動(dòng)機(jī)既是空氣的入口，也是空氣的壓縮機(jī)。

日常生活中，我們見過(guò)一種叫做“打氣筒”的手動(dòng)版“壓縮機(jī)”，一番操作以后，打氣筒摸起來(lái)有些燙手。而發(fā)動(dòng)機(jī)里的壓縮機(jī)，對(duì)稀薄的冷空氣進(jìn)行處理以后，使它達(dá)到五六百度以上也不足為奇，即便是發(fā)動(dòng)機(jī)自帶了稱為“預(yù)冷器”的冷卻裝置，當(dāng)這些空氣剛剛從側(cè)面（而不是后面）離開發(fā)動(dòng)機(jī)、被作為“引氣”交給飛機(jī)的其他系統(tǒng)時(shí)，溫度也仍然在200 ℃左右。

在技術(shù)上，預(yù)冷器似乎有可能被設(shè)計(jì)得更加厲害，使引氣的溫度更低，朝著把發(fā)動(dòng)機(jī)和空調(diào)合二為一的方向努力進(jìn)化。畢竟，維修工程師們也沒少處理過(guò)“引氣溫度過(guò)低”的故障。

但是，鋁合金材質(zhì)的大翼前緣在高空需要150 ℃以上的熱空氣來(lái)防冰。再綜合其他眾多因素，由發(fā)動(dòng)機(jī)就近為大翼前緣輸出200 ℃的熱引氣，而把空調(diào)獨(dú)立出去作為專用于客艙的冷卻系統(tǒng)，這樣一個(gè)方案就成為了主流客機(jī)的選擇。

因此，也就不難想明白為什么空調(diào)的主要工作部件被安排在了發(fā)動(dòng)機(jī)和客艙之間。事實(shí)上，空調(diào)組件（PACK，pneumatic air cycle kit）通常位于機(jī)腹區(qū)域主輪艙的前方，左右各有一套，相互獨(dú)立。

在冬季的高空，外界溫度可以低至-50 ℃。當(dāng)乘客們感受到了20℃的溫暖空氣，自然而然就會(huì)想到：飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)真厲害，能把空氣“加熱”得這么的暖！但真實(shí)的情況是：飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)只能制冷，不能制暖！

空氣實(shí)際上經(jīng)歷了從溫度-50 ℃到500 ℃，再到200 ℃，再到20 ℃的三段旅程。第一段由壓縮機(jī)完成，第二段由預(yù)冷器完成，第三段則由空調(diào)組件完成；因此空調(diào)組件只是一個(gè)冷卻裝置。為了把200 ℃的熱引氣冷卻到20℃，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部有令學(xué)生們頭疼的復(fù)雜設(shè)計(jì)。

但是無(wú)論設(shè)計(jì)得多么復(fù)雜，它最終都要遵循這樣的簡(jiǎn)單常識(shí)：物體的多余熱量必須被外界帶走，才能冷卻下來(lái)。也就是說(shuō)，熱引氣里有一些我們不想要的“廢熱”，必須被帶走。那么如何帶走？

當(dāng)我們揚(yáng)起雙翅，迎面吹來(lái)了涼爽的風(fēng)。在空中，極為涼爽的風(fēng)，猶如公羊發(fā)起的沖擊，以等同于飛機(jī)的極高速度進(jìn)入“沖壓空氣管道”，先后兩次經(jīng)過(guò)不同的“熱交換器”，以極高的效率帶走熱引氣中的廢熱，甚至能讓空調(diào)組件出口的溫度降低到零度以下。為了修正這超過(guò)200 ℃跌幅的過(guò)度冷卻，組件甚至不得不通過(guò)專門的直達(dá)管道引入未經(jīng)冷卻的原始引氣，和過(guò)冷的空氣混合之后，回到了人體感到舒適的范圍，這才敢送往客艙。

熱引氣的使命，是成為空調(diào)空氣；而沖壓空氣的任務(wù)，是帶走熱引氣中的廢熱。兩者必須接觸，卻不可以結(jié)合，就像被施加了辦公室戀情的禁令。在沖壓空氣管道里，熱量顯然是單方向傳遞的，盡管這一過(guò)程被叫做“熱交換”。沖壓空氣在完成這種所謂的“交換”之后，就完全失去了利用價(jià)值，不得不帶著廢熱匆匆離開。在地面，你能在“沖壓空氣出口”體會(huì)到它煩躁的心情：溫暖以至燙手、吵鬧以至刺耳。

當(dāng)你轉(zhuǎn)身要離開這個(gè)也許引發(fā)了某些回憶的區(qū)域，冷靜下來(lái)想一想，在地面并沒有“涼爽的風(fēng)”，這時(shí)沖壓空氣從哪兒來(lái)？答案就是ACM（Air Cycle Machine，空氣循環(huán)機(jī)），它是一個(gè)“三位一體”的動(dòng)力裝置。它和發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)家族的熱力學(xué)機(jī)械，都有壓縮機(jī)、渦輪和風(fēng)扇。壓縮機(jī)和渦輪接觸熱引氣，而風(fēng)扇部分暴露在沖壓空氣管道內(nèi)部。當(dāng)使用“地面空調(diào)”來(lái)冷卻客艙，或者僅僅只是關(guān)閉了飛機(jī)自身的空調(diào)時(shí)，整個(gè)空調(diào)組件，包括ACM在內(nèi)的所有部件都停止工作，這時(shí)候你把手機(jī)伸進(jìn)沖壓空氣出口，可以拍攝到ACM的風(fēng)扇。

當(dāng)高速的熱引氣沖擊渦輪，渦輪就帶動(dòng)了同在一根軸上的風(fēng)扇，因此在地面時(shí)，靜止的外界空氣被強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)，同樣能在管道里產(chǎn)生高速氣流。摘除手套之后，你可以把手放在入口處感受一下氣流有多快，不必?fù)?dān)心，這里是冷空氣；但是在出口處必須保持距離，小心燙傷。

02 客艙的緊急增壓

下圖展示了接入“地面空調(diào)”的情形，接口也叫低壓空氣接口（LP air connector）。請(qǐng)注意，使用“地面空調(diào)”和在地面使用“飛機(jī)的空調(diào)”是兩回事！地面空調(diào)是飛機(jī)自身空調(diào)的替代品，因此從地面空調(diào)進(jìn)入飛機(jī)的空氣，與組件出口的空氣一樣，也是先進(jìn)入混合室（mixer unit），然后才分配到艙內(nèi)的各區(qū)域。

使用地面空調(diào)，僅僅是替代了組件的溫度調(diào)制功能。然而在空中，組件還需要為客艙“增壓”，確保身處于高空的乘客不會(huì)出現(xiàn)“高原反應(yīng)”。如果兩側(cè)的空調(diào)組件都?jí)牧?，或者空調(diào)組件的全部氣體來(lái)源（2個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)和1個(gè)APU的引氣系統(tǒng)）故障了，或者引氣系統(tǒng)的上級(jí)（也就是發(fā)動(dòng)機(jī)和APU本身）都?jí)牧耍敲纯膳碌摹搬寜骸本鸵l(fā)生了。設(shè)想一只泄氣的氣球，區(qū)別在于飛機(jī)這只氣球是鐵殼子做的。好在，另一個(gè)替代品此時(shí)可以發(fā)揮“緊急增壓”的作用。

下圖展示了“緊急沖壓空氣入口”（Emergency Ram Air Inlet）在空中被打開的情形。讀者剛剛看過(guò)使用地面空調(diào)的情形，在對(duì)比中會(huì)發(fā)現(xiàn)，在地面時(shí)這個(gè)入口是和機(jī)身完全平齊的啊，難怪一直不太知道它在哪兒。是的，這部件的附近也沒有標(biāo)記和文字，隨口一問(wèn)，很多老司機(jī)和老機(jī)務(wù)也反應(yīng)不過(guò)來(lái)。

這個(gè)入口和地面空調(diào)接口相鄰，同樣是直達(dá)混合室的。從這里進(jìn)入的沖壓空氣，孤軍奮戰(zhàn)，盡管低溫和稀薄，卻是十分救命的。不存在“應(yīng)急沖壓空氣管道”和“應(yīng)急沖壓空氣出口”；不用于熱交換，不會(huì)被立即舍棄。

但是，關(guān)于這個(gè)入口，“應(yīng)急”通常只刻在飛行員心中，面板上的字只有RAM AIR?？梢栽谌魏胃叨却蜷_黑色保護(hù)蓋并按入這個(gè)電門，入口都會(huì)打開，但沖壓空氣還需要克服一個(gè)“單向活門”的機(jī)械阻擋才能進(jìn)入混合室。注意，入口的打開和活門的打開是兩回事，手冊(cè)里可能會(huì)用inlet flap和valve來(lái)區(qū)分它們。

因?yàn)椴粩嗟匦箽?，?dāng)艙內(nèi)壓力降低到了一定水平，內(nèi)外壓差（△P）小于1 psi，沖壓空氣的能量足以推開單向活門，進(jìn)入客艙。在緊急增壓時(shí)，程序要求的另一個(gè)條件是下降到FL 100，這主要是考慮到增壓效果和進(jìn)氣溫度。

除了用于緊急增壓，這個(gè)入口也用于排煙程序。其它應(yīng)用還有客艙的緊急冷卻，我們已經(jīng)知道空調(diào)系統(tǒng)的空氣來(lái)自于200 ℃的熱引氣，那么理論上空調(diào)故障可能導(dǎo)致客艙空氣達(dá)到很高的溫度。此外，在一些程序里，如起落架不正著陸程序和陸地迫降程序，也提到了它可以用于確保在地面上能夠“完全釋壓”，這時(shí)候它是外流活門的補(bǔ)充。

總之，從這里進(jìn)入的沖壓空氣，和從來(lái)不進(jìn)入客艙的、從屬于組件的那種沖壓空氣不同。它總是用于應(yīng)急，但有時(shí)它又可能會(huì)和第三種沖壓空氣混淆。驅(qū)動(dòng)RAT的沖壓空氣，同樣是從來(lái)不進(jìn)入客艙，但也總是用于應(yīng)急。

參考資料

網(wǎng)站：AirbusWorld、FlightGlobal

手冊(cè)：A320 FCOM、AMM

軟件：Prepar3D