飞机上的这只“老鼠”,你可能一辈子都不会知道

上海科技馆 2021-04-09 17:36

如今,我们乘坐的现代客机上,已经很难看到螺旋桨的身影。


随着技术的进步,大客机基本都用涡轮风扇发动机——这种发动机动力足、技术先进,能够充分满足现代航空业的需求。

 

然而,在很多客机的机腹部位,还藏着一个“螺旋桨”,俗称“老鼠(RAT)”。这个东西往往直径一米左右,乍看像一个电风扇。

 

现代客机机腹下伸出的小老鼠

图源:zhihu

 


评论区

关于这只“老鼠”的功能,大家产生了各种脑洞联想:


A:是为了测风速?风速有空速管呢;

B:是机舱里面太热了要出来散热?风扇又吹不到里面去;

C:这是提供推力的螺旋桨?这么一点点大的螺旋桨,也推不动客机。


……肯定不是那么好猜的,不然我们这篇文章到这儿就愉快结束了。

 

 

细心的读者在上一段会注意到——我是说“藏着”。没错,虽然绝大部分现代客机都有这个设备,但普通乘客飞了一辈子,估计也看不到这个东西。我也真心不希望你飞的时候看到这个东西——因为当它在飞行中伸出来的时候,十有八九是摊上事儿了。

 

这只“老鼠”到底是做什么用?它在哪类故障时候才会伸出来?

 

目前,现代客机上的设备基本都依靠电来驱动。除了各种照明设备用电以外,还有很多看不见的设备也在用着电,其数量甚至可达上万件。所以飞机上的发电设备要求也相对很高,不仅重量轻、功率大而且对发出电的品质也有要求。


 

某型公务机的电气系统布局逻辑图(部分)

图源:见水印


 

民航客机上一般有几大供电系统:



● 第一个为主发电机

主发电机位于飞机发动机周围。一些超大型民航客机的用电需求是非常巨大的,因此通常采用一台发动机带两台发电机的方式。

● 第二个为辅助动力发电机(ASG)

在飞机的尾部通常还装有一个小型的发电机,它是由飞机的辅助动力装置(APU)带动的。在飞机起飞前、飞行过程中及落地后都会独立提供电源。当飞机的主发电机出现故障时,辅助动力发电机还能接替主发电机,在关键时刻提高安全系数。

● 第三个为蓄电池

在前两个发电机都出现故障,无法提供电能时,飞机就面临停电的风险。这时蓄电池就临危受命,为驾驶舱中的关键仪表设备供电,避免飞机失去控制。

 

蓄电池终究是有限的,如果用完了怎么办?

 

其实,不用等用完,第四个“发电机”就已经被启动了,就是这只救命“老鼠”。在航空术语中,它被称为冲压空气涡轮(Ram Air Turbine,缩写为RAT),缩写恰好与老鼠的的英文俗名一致。当主发电机和APU发电机均出现故障时,飞机已经处于非常危险的状态了,此时飞行员便需要根据飞机的飞行速度和高度及时按下RAT释放按钮。

 

RAT的原理并不复杂,说白了和风力发电站看到的风车一样,通过能量转换达到发电的目的。作为救命稻草的小老鼠RAT,可以借助机身的动能,靠迎头吹来的空气(术语叫做冲压空气)驱动扇叶转换成电能,持续发电帮助飞机撑到落地。另外,RAT作为终极备胎,觉悟也很高,它也可以用来驱动APU,从而尝试产生更多电能。

 

波音737某一型号的电力布局图示(所示仅为部分,其电气系统实际上复杂得多)

图源:Boeing

 

在关键时刻,小老鼠RAT救过很多人的命。

 

曾经的加拿大航空143号班机航空事故,就是靠RAT保命。这趟加拿大航空班机,因工作人员计算油量的时候弄错了单位(本应为公斤但却错用了磅),燃油少加了一半,飞到半空中停车,飞机在28000英尺高度时彻底失去了动力,顿时变成了一个超大号的滑翔机。好在RAT在此时挺身而出,给操纵设备提供了电力,最终机组在基米尼的一个荒废机场完成了迫降。

 

更万幸的是,所有61名乘客与机上8名机组人员全部撤离飞机,仅有10人轻伤。要知道在此之前,从没有人驾驶过一架完全没有动力的民航机在空中做滑翔,这在当时打破了民航客机在空中安全滑翔的最长距离。该客机和班机后来被加拿大人称为“基米尼滑翔机”(Gimli Glider)。


图源:bilibili

  

冲压空气涡轮的应用历史,并不比飞机的历史短多少,早在第一次世界大战时期,就有机智的设计师发现可以在飞机上架一个风力发电机,这样飞机就有电可用了,在电池和其他发电机技术还不靠谱的早期,小老鼠RAT作为主力选手也辉煌过一阵子。

 

虽然RAT现在已变成了应急装置,谁都不愿意听到“放老鼠”三个字,但它在飞机系统中依旧具有独特的地位,它默默地为我们坚守着最后一道安全防线。


在地面放出RAT的操作,基本上是出于检修目的

图源:k.sina.com.cn

 


作者: 彭振桓

编辑:Zhuo.

鸣谢:感谢资深航空机械师、维修教员、宁波大学教师单展先生为本文提供建议和知识补充;中国科学院上海技术物理研究所 郭玮宏 博士为本文提供科学指导。




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