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飞机上的电是从何而来?

科普中国  · 公众号  · 科学  · 2024-10-25 21:30

正文


在飞机飞行的过程中,电力是不可或缺的资源,从驾驶舱内的仪表盘到乘客座位上方的阅读灯,再到座椅上的 USB 充电接口,电力为飞机上的各种系统和设备提供了动力支持。


那么,你是否好奇过飞机上的电到底是从哪里来的呢?当飞机停靠在机场时,又是用什么电源供电呢?


我们知道,飞机在运行的所有时间段内,都是不能停电的。那么,为了防止突发情况的发生,飞机的供电系统通常采用三方面的手段来保证飞机的正常供电,包括主电源、辅助电源和应急电源。


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飞机上的电从哪来?


1

主电源:飞机的“动力心脏”


飞机在空中的主要电力来源是发动机驱动的发电机。当飞机的涡轮发动机运转时,它不仅产生推力,还通过带动发电机为飞机提供电力。通常,飞机的每台发动机都配有一台或多台发电机,这些发电机产生的电力会汇入电力分配系统,为整个飞机的电力需求提供支持。


发动机驱动的发电机输出功率通常可以达到几十千瓦,甚至上百千瓦,这足以支持飞机上的各种设备,如驾驶舱内的导航仪器、飞行控制系统、客舱照明、空调系统等。此外,发电机还负责为飞机上的电池充电,确保应急情况下电力的持续供应。


2

辅助电源:地面和应急的“充电宝”


在发动机未启动或者推力不足的情况下,飞机的电力需求如何满足?这时候,APU(Auxiliary Power Unit,辅助动力装置)便派上了用场。APU 通常位于飞机尾部,它的主要功能是在地面或特殊情况下为飞机提供电力和空气动力支持。


APU 是一种小型燃气轮机发动机,它可以在飞机停靠时或起飞前为飞机提供电力。通常情况下,APU 会在飞机启动前启动,用于为飞机提供空调系统的动力,确保客舱在乘客登机前保持舒适的温度;同时,APU 也为电力系统提供支持,帮助发动机启动。APU 的发电能力通常在几十千瓦左右,足以满足飞机在地面时的基本电力需求。


需要注意的是,APU 并不是专门为飞行中设计的,虽然在飞行过程中它也可以启动以备不时之需,但通常在空中,飞机主要依靠发动机发电机供电。2009 年 1 月 5 日,全美航空 1549 次航班在起飞后遭遇鸟击导致两个发动机都失效。机长萨利在第一时间果断打开了飞机的辅助动力装置(APU),控制飞机迫降在纽约哈德逊河中。在电影《萨利机长》中,还原了这一关键场景。


3

应急电源供电:安全返航的“秘密武器”


应急电源系统是飞机电力系统中不可或缺的一部分,它在飞机遭遇故障或紧急情况下提供电力保障。当飞机的主电源和辅助电源同时失效时,应急电源系统能够立即接管,确保关键系统的正常运行。


飞机上的应急电源通常包括电池和应急发电机电池主要用于短时间的电力供应,特别是在主电源切换到应急电源的瞬间,电池可以提供不间断的电力支持。应急发电机则通常由飞机的一个特殊设备驱动,能够在较长时间内为飞机的基本系统提供电力,如通讯系统、飞行控制系统和导航系统。应急电源的设计考虑了飞机在空中面临极端情况的可能性,确保即使在最糟糕的情况下,飞机的基本功能也能得到维持,保障飞行的安全。


飞机停在机场时用的什么电?


当飞机停靠在机场时,通常会关闭发动机,以节省燃料并减少噪音和排放。然而,飞机在地面时仍然需要电力来维持空调、照明、娱乐系统等设备的运行。这时,地面电源(Ground Power Unit, GPU)便成为主要电力来源。


地面电源是一种外部供电系统,机场通常会为停靠的飞机提供专用的地面电源设备。这些设备通过连接电缆将电力输送到飞机上,满足飞机在地面时的电力需求。地面电源的电压和频率通常与飞机内部电力系统相匹配,因此无需额外转换。使用地面电源有几个优势。首先,它可以节省燃料,因为不需要启动 APU 或发动机来发电。其次,它可以减少噪音和排放,特别是在夜间或长时间停靠时,有利于环保。此外,地面电源的稳定性通常较高,可以为飞机提供持续、稳定的电力供应。


      飞机上的电

和家里用的电一样吗?


虽然飞机上的电力系统和我们家用的电力系统有一些相似之处,但也有许多不同之处。


首先,电压和频率不同。飞机通常使用 115 伏、400 赫兹的交流电,而我们家里使用的是 220 伏、50 赫兹的交流电。这种差异主要是由于飞机对电力系统的特殊要求决定的。



其次,飞机上的电力系统更加复杂,具有多重冗余设计,以确保在各种情况下都能提供可靠的电力供应。飞机在设计时考虑了各种可能的故障情况,并通过多个电源系统(如发动机发电机、APU、应急电源等)来保证电力供应的连续性。


此外,飞机的电力负载也与家用电器不同。飞机上的电力负载包括导航仪器、飞行控制系统、通讯设备等关键设备,这些设备对电力供应的可靠性要求极高。而家用电器如电视、冰箱、空调等,虽然也需要电力,但对供电系统的要求相对较低,电力中断通常不会导致严重后果。


飞机的电力系统是一个复杂且高度集成的系统,它通过发动机发电机、辅助动力装置(APU)、应急电源和地面电源等多种途径,为飞机的各类设备和系统提供电力支持。无论是飞行中的主电源,还是停靠时的地面电源,飞机的电力系统都以其高效性和可靠性保障着飞行的安全与舒适。



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来源丨力学科普(ID:lxcp_cstam)

责编丨钟艳平

审校丨徐来 林林


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