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第六 飞机的主要系统（第1页）

第六节飞机的主要系统

飞机上为营造安全舒适的乘机环境、为用于操纵控制飞机等需要，设置了诸多系统，如操纵系统、燃油系统、防冰防雨系统、防火系统等。在本节里，主要介绍液压与气压系统、电气系统、环控系统与客舱设备。

一、飞机的液压与气压系统

现代飞机速度快、体积大，导致操纵各个操纵面、机上设施时所需的操纵力矩与操纵力都很大，仅凭飞行员人力是无法实施操纵的，操纵控制飞机就需要其他形式的辅助设施来传动。现在飞机的传动主要有电力传动、液压与气压传动。几乎所有航线飞机在操纵控制飞机方面都使用了液压系统，一些小型飞机则使用更为简单轻便的气压系统。液压和气压系统都具有体积小、重量轻、输出的力和力矩大、操纵效率几乎可达100%、稳定性好、安装维护方便等优点、液压系统被广泛应用于大型飞机各操纵面传动、起落架收放、飞机刹车、前轮转弯等，气压系统主要用于小型飞机和大型飞机上充当液压系统的备份。

液压系统（见图2-116）由液压油箱、液压泵、蓄压器、油滤、阀门、开关和作动器等组成，是目前重量最轻的能量传递系统之一。液压系统的工作原理是帕斯卡原理：加在密闭**上的压强，能够大小不变地向各个方向传递。液压系统就是利用液压泵将液压油加压，通过管道传递到作动器，驱动作动器执行动作。

图2-116基本液压系统

液压油箱用于储存一定的液压油和回收管道内流入的低压液压油。液压油要求有一定黏性、化学性质稳定、对人体无害，目前常用染成淡紫色的磷酸酯基合成液作液压油，常称为“紫油”。

大型飞机上多采用柱塞式液压泵（见图2-117）。液压泵通常由发动机带动，在斜盘的作用下，柱塞转到上方时将油液从油箱内抽出，转到下方时将柱塞内的油液加压挤入管道，等待驱动作动器工作。大型航线飞机的液压系统压力可达20。7MPa（约205个标准大气压）。为防止液压泵故障时液压系统不工作，许多飞机除液压泵外，还设有手摇泵和冲压空气涡轮。冲压空气涡轮密封于机翼或机身内，当发动机和APU都故障时从机翼或机身内伸出，在相对气流的作用下转动，带动液压泵工作。

蓄压器的作用有二：存储压力、稳定压力。常用的蓄压器有筒式和球式两种（见图2-118）。由于**不可压缩，也就不能存储压力，一旦液压泵不工作，管道内的高压油液立即失去压力，液压系统也就不能工作。蓄压器利用气体的可压缩性来存储压力，蓄压器内部空间由活塞或隔膜分隔成两部分，一部分连接液压管道；另一部分填充高压气体（通常为氮气）。在管道内有高压时，油液压缩气体，使气体的压力也达到管道内的压力，一旦液压泵不工作，高压气体就对管道内的油液施压，使之具有高压，保证液压系统仍有一定的工作能力。蓄压器还具有稳定压力的作用，由于柱塞式液压泵给管道提升压力是不连续的、脉动的，在柱塞向管道挤入油液时压力很高，一旦转离管道，就没有施压了，蓄压器可以起到缓冲作用，使管道内油液的压力稳定，保证液压系统可靠工作。

图2-117柱塞式液压泵示意图

图2-118蓄压器

液压系统管道内还安装有液压油滤（见图2-119），将油液中的杂质滤除，确保输入作动器的油液洁净，不会堵塞和损坏作动器。现代飞机液压系统的油滤能够滤除几微米以上的微粒。

液压系统中的阀门用于压力控制和流量控制，用于压力控制的主要是安全阀，用于流量控制的主要是单向阀。安全阀的功用是释压，使管道内的压力保持在一定范围内，不至于过高损坏系统。在未使用液压时，液压泵也在工作，不停息地加压会导致管道内压力过高而损坏系统，当压力达到一定值时，可以顶开安全阀，使部分油液流回油箱，达到释压的目的，保证系统压力稳定。单向阀的作用是控制油液只能向一个方向流动，不能回流。

开关主要用于控制液压系统工作，最常见的是用于起落架和襟翼收放的双向控制活门。高压油液连接图2-120中带箭头的管道，控制活塞在图中位置时，油液不能流动，处于中立位置；向左推动控制活塞，油液将通过右侧上下两路管道流动，带动相应的作动器工作（有的活门只有一路输出）；向右推动控制活塞，油液将从左边管道流出，带动作动器工作。

作动器是液压系统中执行动作的部件，包括执行直线动作的作动筒和输出转动的液压马达。作动筒也叫动作筒，有单作用和双作用两种（见图2-121），在高压油液从通油口流入后，会推动活塞运动，活塞上的连杆就会带动相应的部件工作。液压马达内部有叶轮，高压油液流过时会带动叶轮转动，可通过叶轮带动齿轮等部件执行相应的动作。

从某大型飞机的起落架和襟翼收放系统（见图2-122）可较全面地了解一下液压系统的工作过程。

图2-119液压油滤

图2-120方向控制活门

图2-121两种型式的作动筒

图2-122起落架与襟翼收放系统

气压系统又叫冷气系统，与液压系统相似，只是由存储高压气体的冷气瓶代替了液压油箱，发动机带动冷气泵不断从大气中吸入空气，加压后送入冷气瓶储存，高压气体执行了动作之后就排放到大气中不再回收。由于气体的可压缩性影响，和液压系统相比，气压系统没有自锁功能，执行动作的准确性稍差；气体密度小、流动阻力小，传动动作更敏捷，但对执行机构的撞击大；不需要回收气体，系统结构简单、重量轻。冷气系统一般只用于小型飞机或作为液压系统的备份（见图2-123）。

图2-123气压系统示意图

二、电气系统

飞机的电气系统是指飞机上的供电和用电设备系统。早期飞机用电很少，仅用于无线电、照明和发动机启动等方面。由于电能易于传输、控制，现在绝大部分机载设备都用电作为能源。在飞机控制方面，电传操纵系统也广泛采用，随着电气技术的发展，未来还可能出现液压传动等都被电能取代的“全电飞机”，所有的操纵和转换都由电传送。从民用飞机提高服务质量的目的出发，飞机上也增加了越来越多的用电设备，如大范围的照明、客舱娱乐、厨房设施等。当前的大型飞机用电量高达几百千瓦，仅配电线路的重量就达几百千克，电气系统已成为飞机的一个主要工作系统。

电气系统包括电源系统、配电系统和用电设备，有的地方又把电源系统和配电系统合称“供电系统”。

（一）电源系统

飞机上用来产生电能的系统叫做飞机的电源系统，电源系统由主电源、辅助电源、应急电源和二次电源组成。主电源是指由飞机发动机带动的发电机，辅助电源是指APU带动的辅助发电机和机载蓄电池，应急发电机一般由飞机上的应急冲压空气涡轮带动，二次电源则是指将其他电源提供的电能经处理变换成另外规格（电压、频率、交直流变换等）、满足不同用电设备的电源。

一些小型飞机常用低压直流电源，电压为28V，直流电的优点是结构简单、配电系统简单、重量轻、直流电动机转速快扭矩大。直流发电机和直流电动机的结构完全相同，采用直流系统的飞机通常将发电机同时用做启动电机，发动机开车时由它带动发动机旋转，发动机正常工作后又由发动机带动发电机发电，可以省去一台启动电机的重量。但直流发电机也存在换向器易产生电火花、影响电子仪表工作，变压不方便，低压传送需要较粗的配电线路、增加配电系统重量等缺陷。小型飞机上这些弊端影响不大，大型飞机用电量大，这些缺陷就尤为突出，因此，大型飞机一般不采用直流电源系统。

大型飞机通常采用交流电源系统。早期的交流发电机是变频发电机，随着飞行中发动机转速改变，发电机转速也相应变化，造成交流电频率发生变化。频率变化后对电阻型用电设备没什么影响，对电子仪表、无线电等对频率要求高的用电设备影响很大，而在用电量较大时通过电子稳频很困难，因此变频发电机很快就被恒频发电机取代了。现在大型飞机上使用的都是带恒速传动装置的三相交流发电机，向系统提供120V208V、400Hz的交流电，恒速传动装置无论发动机转速如何改变，都带动发电机以恒定的速度转动，使发电机提供的交流电频率恒定，满足用电设备的要求。与直流系统相比，交流发电机没有换向器，再大的电流也不产生电火花，不会对电子仪表、无线电等产生干扰；输送电压高，所需配电线路无须太粗，减轻了配电系统的重量；变直流、变压非常容易。同时交流系统也有一些缺点：首先是发电机不能作为启动电机使用，飞机必须单独配置启动设备，增加了结构重量；其次是交流电机的启动力矩和调速性远不如直流电机；最后是恒速传动装置结构复杂、价格昂贵，在使用中故障多、修复困难。目前使用的恒速传动装置多为液压马达驱动。

APU带动的辅助发电机，在发动机开车前和停车后向飞机提供电能，满足座舱照明、电子设备等的用电需求。必要时，蓄电池也作为辅助电源向飞机提供电能，飞机上使用的蓄电池有3种：酸性铅蓄电池、碱性锌银蓄电池和碱性镍镉蓄电池，现代飞机上使用较多的是锌银蓄电池和镍镉蓄电池（见图2-124）。

图2-124航空蓄电池

0理论上任何设备都不敢保证绝对可靠，为了防止飞行过程中主电源故障使一些用电设备不能工作而危及飞行安全，飞机上都配备了应急冲压空气涡轮驱动的应急发电机，同时蓄电池也可作为应急电源，在紧急情况下为飞机提供电能。

小贴士

一些小型飞机无应急发电机，只能使用蓄电池作为应急电源，发电机断电的情况下，蓄电池能供电20分钟左右。

（二）配电系统

配电系统包括供电线路组成的电网、各种配电设备和检查设备等。

现代飞机的供电方式大多采用单线制供电，即“一线一地”：一根“火线”为用电器供电，取消回路“零线”，回路直接接到金属机体上。这样的供电方式，节省了大量导线，减轻了飞机结构重量。飞机上用电设备繁多，供电线路也很复杂，通常用不同颜色的导线将不同用电设备分开，便于检查维护。