有人问:战斗机没有空调,飞行员在几千米高空如何取暖?此类问题常有出现,甚至有的人认为,战机驾驶员是完全凭着过硬的身体素质,应对飞行中不断变换的极寒和酷热环境,两个字:硬扛。其实这种认识是错误的,下面我们就来说说这个问题。
首先要指出的是,战斗机没有空调的概念是不准确的。所谓的战斗机的典型代表就是歼击机,当然也包括一些轰炸机、预警机等。现在的歼击机动辄在上万米高空飞行,座舱密闭,没有空调节系统不要说热死、冷死,就是憋也憋死了,还战斗个屁呀?
不过所谓战斗机的空调不叫空调,而是叫“战斗环境控制系统”,或“座舱环境控制系统”,简称ECS。战机的ECS也像民间空调一样,有一个从无到有的发展过程。
早期的战斗机是没有空调的。我们在影视上看过早期战斗机的样子,飞行员的座舱根本没有座舱盖,专门带有一个战斗员,直接从机舱里往下面扔炸弹,这就是最早的轰炸机。而最早空中格斗的歼击机,是靠坐在后座的射击员,直接用手枪、步枪、机枪在空中对射的。这个时候的飞机都是双翼型,飞行平稳,速度较慢,没有座舱盖,因此即便有空调也没什么用。
1915年,德国研制出了装有协调器的福克E·I战机,机枪固定在机身头部,可以避开螺旋桨叶片射击,子弹不会打在高速旋转的叶片上。这样飞行员就可以兼任射击手功能,后座的射击员就被取消了,飞机负荷小了,更灵活了。从此飞机由双翼走向单翼,从根本上改变了歼击机的空战方式和武器布置模式,开始走向成熟。
但这时候,战斗机依然没有座舱盖,射击时驾驶员必须探出脑袋手动在机枪上操作。一战结束时,歼击机最大飞行速度达到200km/h,升限高度在6000m,重量接近1吨,发动机功率169kw,配备7.62毫米机枪。比较著名的歼击机有德国福克D和E、法国Spad、英国S.E.5等。
由于这时飞机飞得较低,加上战斗和操作都需要在座舱外部进行,因此没有考虑空气调节系统,飞行员们“享受”的主要就是大自然的空气和风速,飞高了主要依靠飞行夹克保暖。
这种情况一直延续到二战。但在二战中,战斗机发展很快,飞行高度和速度都有了很大变化,由于飞机飞得更高,速度更快,因此飞机没有座舱盖是不行了。而飞行员在这么快速度和高空,再也不能探出个脑袋来射击了,这样飞机的武器装备就进行了重大布局改革,火力也大大提升。
这时的武器都配置到了机头的下面或两侧,还配置了可以计算出前置量的陀螺光学瞄准具,飞行员在座舱里通过控制操纵杆就可以射击,武器系统也由轻机枪发展到重机枪,以及20mm机炮和空空火箭。
这期间,飞机已经全部变化成了金属单翼结构,起落架采用后三点收放式或有流线外壳包裹的固定式,发动机还主要采用液冷活塞螺旋桨式,歼击机最大速度达到了700km/h,飞行高度达到了11km,起飞重量达到6吨,发动机功率达到了1470kw。
这一时期著名的歼击机有美国P-51、P-47、F4U、F6F;德国Bf-109、Fw-190;日本零式、KI-43;苏联雅克-3、拉-5;英国喷火式战斗机等。
但这个时候,飞机依然没有配备空调,飞行员需要穿着厚厚的飞行夹克才能避免冻伤。要知道在1万米高空,气温可降到零下30~40℃以下,低温可以把航空服中的排尿管冻住。这时人们对保护飞行员的主要解决方案集中在飞行服的设计上,日本率先发明了电热飞行服,解决飞行员高空保暖问题;后来又发明了抗压服,美国在B-29轰炸机上率先采用了加压舱。至此飞机走向现代和成熟。
喷气式歼击机的出现,让空调进入战斗机成为必然。二战后期,采用涡轮发动机的喷气式战斗机出现,飞行速度已经开始接近甚至突破音速,飞行高度达到15000m,武器系统已经发展到20mm以上机炮,采用雷达瞄准系统,外形开始采用掠后翼布局。
这时战斗机要求必须有越来越严格的密封舱,在这样的座舱里,没有空气调节是完全不行的,不要说解决冷暖问题,就是憋也会把人憋死。由此战斗机空调系统应运而生。
但飞机空调系统与地面空调系统的工作原理是完全不同的。地面建筑空调调节温度主要采用蒸发制冷循环原理,通过R22(氟利昂)等相变工质,通过压缩机驱动,实现相变换热。
简单的说,就是通过高压和毛细管,不断把液体相变成气相,在这个过程产生吸热排放到室外,或者从室外吸热排放到室内的过程。
而战斗机的空调叫“战斗环境控制系统”,简称ECS系统,是一套利用环境为主进行冷热交换,综合改善座舱环境的系统。简单的说就是通过将机舱外的“冷”和发动机的“热”进行一个冷热交换,实现战斗机座舱温度、湿度、气压、换气要求,让飞行员们尽量在低空高空不断转换的战斗环境,保持舒适状态。
不断提升和改进ECS系统,是各国提升战机性能的重要一环。要知道,在如今战斗机飞行高度和速度不断提升的情况下,作为兼具飞行战斗双重职责的飞行员们,只有保持一个良好的状态,才能够具有良好的战斗力。而飞机的ECS系统如何,对飞行员生命安全和战斗力发挥至关重要。因此各国都不敢怠慢,纷纷采用最好最先进的科技手段改进这套系统。
但这是一项很复杂的技术,既要不影响飞机性能,又要能够利用好环境温度和飞机本身热量,达到一个最佳平衡是很难的。由此,各国战斗机ECS系统还是有差距的。
如俄国苏-27与美国F-18比较起来,F-18的ECS系统就颇占优势。如在供气量方面,F-18比苏-27座舱供气量大1/4;苏-27在高空飞行时ECS能够满足飞行员需要,但当飞行高度<2000m时,座舱温度很高,飞行员有闷热感。很显然,苏-27的ECS系统制冷量太小,而F-18就没有这种状况。
现在,战机发展已经到达第四代,甚至有所谓的四代半,随着战机性能的提升,ECS系统必须相应得到提升。因此现代战机是不可能没有空调系统的,如果没有飞行员就无法存活。但战机的空调系统不是我们普通民用的空调系统,而是集保压、调温、换气、调湿为一体的全方位环境保障系统。
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