来源:航空知识杂志社

如果去看有关二战时期的电影或者照片，我们可以看到很多战斗机飞行员在飞行时往往会敞开着座舱盖，问题来了，二战时期的飞行员这样大敞开座舱盖对他们不会有影响吗？

飞机和战机在飞行过程中主要受到气流、气压和气温三个环境因素的影响。

气流的影响来自于飞机自身动力生成的动力气流以及大气中存在的自然气流，其中动力气流来自于螺旋桨高速旋转时产生的气流，就像电风扇，飞机速度越快，这种气流就越大；自然气流则是自然界因素产生的各种气流，比如我们平时坐飞机时偶尔会遇到不同程度的颠簸现象就是自然气流对飞机造成的影响。

气压因素带来的影响是由气压变化引起的，我们生活的地面一个标准大气压约为101325帕，大气压随着海拔的变化而变化，海拔高度每上升100米，气压下降约0.93325帕，当飞行高度达2000米时大气压值约为79485帕，气压越低空气越稀薄。

气温同样受到气压变化的影响，气温随着气压的降低而降低，比如当飞机飞行至10000米高空时，气压将下降到26419帕，气温更是比标准大气压下的气温低65℃，假设我们现在的室外温度为30℃，那么低气压的万米高空气温为零下35℃，气温随着海拔的升高和气压的下降而下降，海拔每升高1000米,气温平均下降6摄氏度，飞机一旦飞到1000米以上高度时机舱就开始变冷了。

在这样的情况下，二战时期的飞行员为什么还能够敞开座舱盖呢？

这是因为二战时期的战斗机都只能在对流层中部以下的稠密大气区域飞行，并且这种采用活塞发动机驱动螺旋桨飞机的飞行速度慢，飞机和飞行员受到低温、低气压和高气流的影响程度非常低，所以在巡航速度飞行时完全可以将座舱盖打开，只有在以最大飞行速度进行战斗机动时才会要求飞行员必须关闭座舱盖。

如果放到现在，战斗机电子设备越来越多，这些设备在工作时会释放大量的热量，同时在之前的文章中我们说到，对于战斗机来说，目前全球面世的第五代机的时速普遍在2马赫以上（1马赫≈1224km/h）,所以，飞机在高速飞行中会与空气发生摩擦产生很多热量，导致机体发热。如果战斗机飞行到万米高空，还要考虑的是高空的温度。我们知道，高度每升高1000m，温度就会降低6摄氏度左右，到了万米高空，气温能够达到零下几十度，在这样的情况下，战斗机飞行员再也不能像二战时期一样打开座舱盖敞着飞行，他们还依靠着座舱盖抵挡机外的温度变化，座舱内的温度调节仅靠座舱盖与机身抵挡是不够的，平时我们热了冷了都能够开空调解决，那在战斗机上有“空调”吗？

战斗机上的“空调”又被叫做环境控制系统，在二战时期，战斗机上是没有环控系统的，飞行员为了保持体温，只得穿上厚厚的飞行服。后来演变出战机环境控制系统来调节座舱内温度，为飞行员提供更好的环境条件。

飞机环控系统用于对飞机驾驶舱和电子设备舱的空气温度、湿度、新风、洁净度及气压等进行调节控制，以满足舱内人员的生理舒适安全及设备冷却等环境要求。飞机环境控制系统为机载人员的舒适安全和机载设备的稳定运行提供环境保障。今天我们就来说一说飞机环境控制系统的制冷空调技术。

空调需要达到哪些指标？

飞机机舱内气压、气温、空气流速和密度等理想调节指标：气压101.3kPa；有效温度（空气温度、流速和湿度等对人体表面综合影响的人体生理反应温度值）20℃；空气流速0.1~0.2m/s；空气密度1.225kg/m3等。

飞机“空调”有哪些负荷？

热负荷的特征

飞机环控系统的热负荷主要考虑飞机舱壁蒙皮与环境空气的导热、对流换热及太阳辐射等，以及机舱内人员和设备散热。随着飞机技术的发展，热负荷特性也有新趋势。

航空电子设备功率增大引起制冷量需求激增。

电子设备可靠性要求，提高了对环控系统冷却速率的要求。

发展综合机载机电系统，提高飞机性能和经济性。

湿负荷的特征

考虑到飞行重量及水对飞机钢结构有腐蚀性等问题，一般仅对机舱空气进行除湿，而不加湿。但随着民航飞行的普及，乘客对机舱内环境舒适性要求提高，而机舱内较低的相对湿度会导致一系列问题，如皮肤干燥、眼睛刺激及静电等，还会延长病毒（如流感病毒和“非典”病毒）的存活时间。因此，舱室湿度对舒适性的影响及特种飞机电子设备舱对消除静电的要求，部分军用飞机和大型民航飞机中已增设加湿设备以调节空气湿度。

气压负荷的特征

随着飞行高度增加，气压下降，人员无法忍受，甚至危及生命安全，然而机舱气密性要求过高，会造成飞机结构过于复杂，特别是重量和成本增加很多，故舱内气压实际无法达到理想指标。但必须有控制装置对飞机舱内气压进行调节，使机舱内气压保持在人员及设备安全工作的基本条件，确保飞行任务完成。一般机舱内气压要求不低于海拔2133m的气压，约78.5kPa。

“空调”的原理

飞机空气调节系统是将机舱内空气处理至目标值，包括空气的温度、湿度、新风和气压等，属于一次回风集中式全空气系统。在空气稀薄的高空，采用部分回风与新风混合后送入机舱，可保证最低新风量和额定循环空气量，同时有效降低发动机引气量，并降低燃油消耗量，也使送风温度不会过低。空调系统的冷源为制冷系统，而热源为旁通发动机引气或电加热，用于低温环境下采暖和制冷工况下热补偿以控制送风温度。根据制冷系统的热力学原理，包括空气压缩制冷和蒸气压缩制冷及组合制冷循环等。

空气压缩制冷循环包括主/次换热器、再热器、冷凝器、水分离器、空气循环机、冲压空气风道等部件。根据空气循环机的组成和制冷系统结构不同，主要经历了涡轮通风式（基本循环）、二轮升压式、三轮升压式和四轮升压式等制冷循环，系统结构和动态特性越来越复杂而性能不断提高。环境空气被压缩成高温高压状态，再经换热器将热量散发至冲压空气中而被冷却，最终在制冷膨胀机中绝热膨胀至低温常压状态，除湿后送入机舱。缺点是制冷效率较低，尤其在海平面时制冷量很小，因为飞机发动机引气压力较低及飞行速度低而造成用于冷却的冲压空气流量较低。而优点是直接以被调节空气作为制冷工质，制冷系统结构紧凑、质量较轻且可靠性高。目前仍是飞机环控系统中应用最广泛的制冷技术，飞机制造商和研究人员不断改进空气压缩式制冷技术以提高制冷效率。

典型飞机环控空调系统原理

蒸气压缩式制冷循环包括制冷压缩机、冷凝器、蒸发器及节流膨胀阀等。早期在飞机环控系统中应用较少，主要原因是当时技术条件下，蒸气压缩式制冷系统制冷剂易泄露，可靠性差。但随着蒸气压缩式制冷技术的进步及在民用、商用和工业制冷空调领域广泛应用，其可靠性和制冷效率已今非昔比，已在大型多电飞机、小型喷气式飞机及直升飞机中应用。优点是制冷性能系数较高，代偿损失较小等。

正在生产或研制的飞机仍主要装备空气空压制冷循环装置，只有很少的早期飞机如B707系列、DC-8系列及现代的超音速飞机才使用蒸气压缩式制冷系统。现代高性能战斗机的航电设备发热量较以往机型剧增；同时对超音速巡航能力及隐身性能的高要求，使传统的空气热沉难以满足制冷需求，因此采用蒸气压缩式制冷循环对航电设备进行冷却成为当今机载环境控制系统的主要发展方向之一。直升飞机制冷系统中采用蒸气压缩式制冷循环的机型有NH-90、“阿帕奇”AH-64、S-92、“黑鹰”VH-60N和“海王”系列；采用空气压缩式制冷系统的机型有海豚系列。蒸气压缩式制冷系统主要有单级压缩制冷循环和一次节流中间不完全冷却的两级压缩制冷循环。

两级蒸气压缩式制冷循环

空气压缩式制冷与蒸气压缩式制冷的组合制冷空调系统。发动机引气先进入预冷器进行冷却，在蒸气压缩式制冷系统的蒸发器热侧被冷却，在制冷膨胀机中膨胀制冷降温，并除湿后送入机舱。制冷膨胀机的输出功用于驱动蒸气压缩式制冷系统的压气机，制冷剂气体经压气机压缩后，进入冷凝器冷凝放热变为液态，经节流阀节流降压制冷降温后，进入蒸发器冷侧。冲压空气分为两部分，一部分进入预冷器，用于冷却发动机引气；另一部分进入冷凝器，用于冷却高温高压过热制冷剂气体。

空气压缩式制冷与蒸气压缩式制冷组合制冷系统

很多人都说限制战斗机发展的并不是科技或者材料，最根本的原因还是因为人类的极限受到了局限，所以就算军工企业研制出非常高端的战斗机，但飞行员无法承受飞行速度的话，那么这架战斗机也失去了意义，这一点对于环境控制系统也是同样的道理。目前第五代战斗机普遍有效飞行速度在2马赫以上，对于飞行员来说无疑需要承受巨大的压力，因此环境控制系统在这种情况之下需要提供飞行员所需要的环境，这些都是需要反复实验并研发的设备，如果军方有一天真的可以突破这一层限制，那么战斗机别说一万米高空，2万米高空都有可能实现。

二战飞行员开敞篷，现在开“空调”？