戰鬥機飛行時需要大量的電力是如何解決的?

萌蘭的迷弟


現代戰鬥機不像是二戰時期的戰鬥機了,那個時候戰鬥機上除了發動機,其他的都可以用人工來完成。機炮發射和置放炮彈都是由機械機構完成的,飛機上面並沒有太多的電子裝置,即便是有無線電系統,也是由飛機上自帶的蓄電池來進行供電的。現代戰鬥機更多的是依賴航空電子系統。像雷達、無線電、自身的定位系統、火控系統。而且是現代戰鬥機的代數越來越高,高科技的儀器設備也都搬到了飛機上面。現在戰鬥機對電力的需求也就越來越多了,如果還像二戰時期那樣只靠飛機上的蓄電池來進行供電,幾乎已經不太可能了。所以現在飛機上都是採用發電機供電,這一點可以參考現在的家用汽車。

為現在戰鬥機提供電力的途徑有三種。

最主要的就是飛機上的主發動機帶動的IDG發電機進行發電。這就像家用汽車上面的發電機一樣。在飛機升空發動機正常運轉的情況下,IDG會進入運轉狀態來為整艘戰鬥機提供電力輸出,這是戰鬥機上最常用的提供電力的辦法,不光是戰鬥機民航客機上也是用這種辦法來為整機提供電力輸出的。戰鬥機的發動機在空中停車的幾率很小,但是也不是完全排除的。這個時候就需要輔助的供電設備。

戰鬥機上另一種輔助供電設備就是APU輔助動力發電機。它是戰鬥機上的輔助發電機,在戰鬥機的主發動機出現故障的時候,為飛機提供應急電力。戰鬥機上會有特定的部位來裝配幾架渦輪,通過了吸入空氣帶動周圍的APU輔助發電機運轉。

不管是戰鬥機還是民航客機,在飛機起飛之前大家都有注意到飛機周圍的小綠車。這是一架飛機的電源保障車,它可以在這架飛機沒有啟動發電機之前,為整艘飛機提供動力輸出當然也可以作為飛機發動機的啟動電源。

當然,不管是現在的戰鬥機還是民航客機,飛機上面都會有一定的蓄電池來儲備一定的緊急用電。他們只有在飛機的飛行姿態最危急的時候才會使用。


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APU輔助動力,和主發動機帶動IDG發電機進行供電

戰鬥機上產生電力供應的發電機分別有兩個,一個是APU輔助動力的發電機,另一個是主發動機帶動的主發電機。一些大型客機上還會有小型啟動發電機來啟動APU輔助動力或者緊急供電,但戰鬥機這塊一般會用電池組或地面電源解決。軍用和民用機場都配有電源保障車,可以在不啟動飛機自身發電機情況下,給飛機供電,必要時還可以作為飛機啟動電源。

APU輔助動力是一臺小型渦輪燃氣發動機,他可以獨立向飛機提供電力,最主要作用是帶動飛機主發動機啟動。由於航空渦輪發動機需要空氣流量達到一定程度,所以無法直接點火,需要壓氣機風扇工作到一定速度,從外界吸入大量空氣才能成功啟動。
民航客機的APU除了發電以外還有向客艙內提供增壓空氣等功能,他一般裝在飛機尾部,這樣APU工作產生的廢氣向後排出,也可以產生一部分推力。飛機發動機的啟動過程是啟動電源先啟動APU工作,產生的電力帶動渦扇發動機中心的電動機,驅動壓氣機轉動,達到一定轉速可以吸入足夠空氣流量後再點火啟動發動機,整個過程需要幾分鐘時間。所以戰機飛行過程中出現發動機停車是非常危險的事情,因為重新啟動遠沒有汽車那麼簡單,這也是單發戰鬥機故障率要遠比雙發戰鬥機高的重要原因之一。

戰鬥機上的APU裝在機身內,上圖F-22機身上方的方形開孔是F-22的APU排氣口。

另一個供電系統則是發動機的IDG發電機(integrated drive generator 整體傳動發電機),他是在發動機的主傳動軸上通過錐形齒輪,引出一根橫向傳動軸,驅動發動機外的IDG發電機工作產生電力。CFM56-3渦扇發動機結構,黑框部分是IDG發動機以及傳動軸,當發動機正式開始工作後,傳統軸通過離合器與主軸相連,帶動發電機產生髮電,這也是飛機的主要電力供應來源。

軍用渦扇發動機的IDG發電機在發動機桶艙外,羊毛出在羊身上,發電機的能量來源也是發動機燃料燃燒做功。可以通過更換髮動機的IDG電機來改變供電功率,但是發動機推力也會受到影響,傳統航空發動機這方面調整難度較大,新的FADEC(全權數字控制)發動機較方便。由於戰鬥機航電設備急劇增加,現在四代半和第五代戰鬥機所需電力急劇增加,新的航空發動機普遍大幅度增加發動機電機功率,像美軍EA-18G電子戰機更是更換髮電機來增加電力供應。


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戰鬥機在正面狀態可以通過地面電源來獲得電能,那這個就是所謂的電源車的配置。但是在空中飛行的時候也需要大量的電能,包括攜帶的大功率雷達和其它電子設備等,其實每架戰鬥機上都是配備發電機的。

有些電子戰戰鬥機需要更多的電能,就得需要就得通過額外的發電機提供電能,這個發電機就是利用飛機高速飛行的時候產生的氣流帶動一個小型螺旋槳來驅動。美國的EA-18G的電子干擾吊艙就是通過這個來獲得額外的電力。



在戰鬥機上還有應急電源,這就是所謂的APU,當戰鬥機在空中飛行的時候遇到發動機停車就可以通過使用APU的形式來獲得電能,APU的形式有多種,包括使用伸出自身的螺旋槳來帶動發電機,也有利用小型渦輪發動機的。


APU的作用是獲得電力來驅動液壓系統,並且這座艙內航電設備有電源,這樣可以保證飛行員實現對戰鬥機的控制。


航空視界


如果是船,起航之前需要把電池充滿電才行,過程還很長,泊位有電線的,直接拉到船上充的。飛機是不是一樣的?


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在過去的航空技術發展過程中,戰鬥機的動力系統演變從最初的活塞式發動機,演變到現在的渦噴、渦扇動力,由此帶來的飛機性能大幅度提升,載荷、航程、機動性能方面都有了長足的進展,其機體內部也配置了大量的航空電子設備,比如GPS、高度表、飛控機、火控雷達、數據鏈等等,打一個通俗的比方,飛行過程中戰鬥機內部其實就如同一個飛行的計算機機房。為了保障這些設備的正常電力需求,一般採用下面兩種方式:

1、電源車供電/充電模式

這是戰鬥機在地面進行機務準備過程中的一個必備環節,電源車一方面給飛機內部的電池模塊充電,以供飛行過程中緊急情況下使用;另一方面直接向飛機供電,以便於進行設備檢測和發動機啟動。

2、發動機驅動發電機供電模式

無論是渦噴還是渦扇發動機,一般在外機匣中都會配置相應的發電機,當發動機啟動之後驅動發電機發電,這樣就可以通過飛機內部的電路網絡向航電系統供電了。這種方式應該是正常飛行中最主要的供電模式。

只有當發動機受損,發電機無法正常供電時,才會由電池模塊進行應急供電。

好的,關於這個問題咱就談到這裡了。

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戰鬥機的供電主要有3個途徑:GPU地面電源、APU輔助動力單元、IDG整體傳動發電機。其實不光戰鬥機,民航客機也基本就是這幾種供電方式,當然有些飛機還配備RAT衝壓渦輪發電機、EPU備用動力裝置,但都只是危機狀態的最後備份,並不作為主要電力供應裝置。

GPU地面電源

地面電源是飛機在不啟動自身發電系統的情況下為飛機供電,比如下圖的八一飛行表演隊的殲-10,旁邊那個綠色的就是地面電源車,還帶著空氣調節功能,必要時可以作為啟動電源使用。下圖2是民航的地面電源車,作用也是一樣,在不啟動機載發電系統的情況下為飛機提供電力供應

APU輔助動力單元

APU全程為Auxiliary Power Unit輔助動力單元,他的本質就是一臺小型的燃氣渦輪發動機,通過這個小發動機帶動APU發電機為飛機提供電力。在飛機發動機啟動之前就靠APU或地面電源進行供電,當飛機出現空中停車時也要啟動APU提供電力和部分操縱。民航飛機的APU還為環控系統供氣,下圖為波音737APU

這個APU還有一個很關鍵的功能:啟動發動機,其實航空渦輪發動機在點火之前需要用壓縮空氣對壓氣機風扇進行預先轉動(只有個別可以直接電啟動),達到一定轉速後才能將發動機點火啟動,所以這個壓縮氣體是很重要的。下圖畫框的是F-15戰鬥機的JSF,他的實質就是APU,通過這個JSF驅動發電機提供電力。除了供電之外,JSF還將發動機轉速提高至18%,繼續加油後才能將發動機啟動至慢車狀態。總的來說,飛機發動機啟動是這麼個流程:電池或地面電源啟動APU,APU在帶動發動機啟動

IDG整體傳動發電機

APU發電機只是用在發動機啟動之前,當發動機啟動之後就轉由發動機帶動的IDG整體傳動發電機進行供電,這也是飛機飛行過程中最主要的供電方式。原理是:發動機轉動帶動傳動軸,傳動軸引入附件齒輪箱進行減速,附件齒輪箱將IDG恆定轉速併產生交流電。所以這個IDG是依靠飛的發動機工作的,發動機的輸出功率一部分要給IDG發電,發動機不夠強大供電都是問題

當然了,如果戰鬥機發動機空中停車那麼IDG就無法正常工作,戰鬥機也就沒有電力來源,此時需要空中啟動APU帶動APU發電機進行發電。如果發動機和APU都無法正常工作,那麼只能啟動EPU備用動力裝置,用肼水合物高能燃料為戰機提供電力,可以保證戰鬥機最低限度的電力需求,

還有一些民航客機和戰鬥機有衝壓渦輪發電機,從外面看其實就是一個“小風扇”,這個“小風扇”靠風力帶動發電機提供應急電力。但是一旦用上EPU或者RAT那就說明非常危險了,這都是不正常供電方式,不作為主要供電


雛菊西瓜Peterpan


我是雪松,我來告訴你:飛機發動機附帶發電設置,戰鬥機很少有攜帶電池的,因為蓄電池增加不必要重量。有時戰鬥機機起飛發動都用地勤電瓶車來發動。


雪松127947852


雖然對於飛機的構造不是很瞭解,但是我想應該跟汽車的原理差不多,飛機上的供電系統應該也是由自帶蓄電池和發動機進行電力供應的。


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