空氣為何「彌散」：盤點飛機上的各種Diffuser

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以下文章來源於硬核航空 ，作者HelloSky

Diffuse: spread over a wide area。彌散：一種物質在另一種物質或者在空間中由聚合而發散、擴張或蔓延。想像一滴墨水滴入水中所發生的現象，用的就是diffuse這個詞。光的散射、煙霧的緩慢擴散也用這個詞。

飛機內部、外部的空氣，常常有需要diffuse的時候。名為Diffuser的部件，總是把氣體從狹處帶向寬處，最常見的形式就是一段擴張管道。但是當它出現在不同的系統、不同的位置上，作用又是不一樣的，並不總是能一概地翻譯成「擴壓器」。

01 駕駛艙座椅下方

首先是駕駛艙裡的這個underseat diffuser。

由空調組件（pack）生產的「調製空氣」（conditioned air），經過管道系統，從不同類型的出口進入駕駛艙。有的只是普通的outlet；有的叫gasper，這是可以旋轉而調節開度的類型；有的叫outlet valve，這是可以通過鋼索實現開和關的類型；而座椅下方的是diffuser。一共有這4種類型。

Diffuser，使空氣緩慢而均勻地流出，但是流量、壓力、速度這些參數都不重要。這個部件安裝在飛行員座椅下方的地板上。

下面這張圖片，展示了副駕駛側腳蹬上方的一角，未拉出的windshield air鋼索手柄、拉出的foot air鋼索手柄和gasper出口。Gasper出口的調節機構與相機的光圈有相似之處，旋轉它即可以改變通風量。

02 風擋下方

風擋需要「取暖」嗎？需要的。為了防冰，可以使用電加熱；但如果在駕駛艙這一側起霧了，那麼要做的就和汽車驅霧一樣：開暖風。拉出windshield air的鋼索手柄，調製空氣通過一個diffuser而均勻地向上彌散。

03 客艙側壁

與駕駛艙裡機組座椅下方的diffuser相應，客艙側壁也有diffuser。某些資料裡把這個部件翻譯成「擴壓器」，這似乎暗示它是用於控制空氣壓力的。不過，它的實際職能一是讓空氣更緩慢、更均勻地流出，二是降低噪音。擴張的管道，有助於降噪。

04 衝壓空氣出口

衝壓空氣不會進入飛機內部。在相當於「室外機」的空調組件內部，來自外界環境的、溫度較低的衝壓空氣，與來自發動機或APU的熱引氣發生熱交換，帶走熱引氣中的「廢熱」。

衝壓空氣的行進路線非常簡單，它從位於翼身結合部、大翼前緣下方的管道入口進去，經過熱交換器，再由空氣循環機（ACM）的風扇驅動，從後方的管道出口逸出。但是在ACM風扇故障的情況下，衝壓空氣離開熱交換器以後，可以直接衝開一個「風扇旁通單向活門」而逸出。要理解這段話，可以參照下圖。

圖片的右下角，展示了從管道出口往飛機前方看的情景。實際上，這段管道是兩段拼接而成，而這兩段外邊還各自套著直徑更寬的管道。換個角度來看是這樣的——

外邊的管道叫plenum（譯為「集氣管」），而相機所拍攝到的是裡邊的管道，叫diffuser。一段plenum與一段diffuser構成一個組件，因此手冊上的表述是plenum/diffuser assembly；維修更換時往往也是作為一體更換。

部件的空間關係，從前往後依次是：ACM、二級組件（secondary plenum/diffuser assembly）、初級組件（primary plenum/diffuser assembly）、管道出口。以下圖片展示這兩個組件的細節。

衝壓空氣，進入管道以後的第一站是2個熱交換器，然後進入plenum，被ACM風扇所驅動，最後通過diffuser離開管道。在氣體流動的方向上，diffuser的截面是擴張的，因而氣體是「彌散」的，這是被叫做diffuser的緣故。

亞音速氣流在擴張管道裡減速增壓，因而這個diffuser有時也被譯為「擴壓管」。這似乎暗示它的作用在於增加氣流的壓力，是這樣的嗎？設計者的意圖無從考察，但至少我們可以指出：增壓的空氣有利於確保單向活門的關閉，而確保單向活門關閉是非常重要的。

假如單向活門打開或者丟失，那麼衝壓空氣可以繞過ACM風扇而溢出；而失去了ACM風扇的驅動作用，衝壓空氣的流量將會大為降低；從而也就意味著它能從熱引氣中帶走的廢熱減少了、空調的製冷效果也就下降了。

在空中，由於衝壓空氣是作為高速的相對氣流而進入衝壓管道，本身就有足夠的流量，所以單向活門的缺失通常不會明顯影響空調的性能；但是在地面，沒有了高速的相對氣流，單向活門缺失將會讓衝壓空氣近乎停滯，這與ACM風扇失效（例如葉片斷裂）的結果是一樣的。

下面這段分享給有餘力的讀者：對於B737NG而言，如果衝壓空氣不能從熱引氣中帶走足夠的廢熱，那麼原本負責添加調溫熱空氣的溫控活門（TCV）即使被完全關閉了，最終的溫度也無法充分地降下來；這與TCV發生內漏或不能完全關閉的結果是一樣的。此時，負責診斷故障的ACCU會錯誤地認為是TCV發生了故障，並給出代碼TCV。參見《頭痛何以醫腳：代碼TCV，故障ACM》

有利於確保單向活門的關閉，這是把這段管道設計成擴張形狀的主要好處。附帶的也許還有減速（與機身表面的空氣如何流動有關）、降噪（在地面時噪音小一些），但都不太重要。

05 APU進氣道

外界空氣先進入一段擴張管（diffuser），後進入另一段橫截面積沒有明顯變化的「集氣管」（plenum），最後進入壓氣機。擴張管起到了與發動機進氣道類似的作用——使空氣減速、增壓，從能量的角度看，是使空氣的動能轉變成內能。

06 APU壓氣機

APU有兩個離心式壓氣機（動力段的engine compressor和負載段的load compressor）。

壓氣機的葉輪（impeller）是「轉子」，當它高速轉動，把空氣「甩」進壓氣機擴壓器（compressor diffuser）。這個擴壓器是「靜子」，它是一個由許多等面積的擴張管道「單元」拼起來的圓環，每個單元是相鄰葉片（vane）形成的通道。空氣被從圓環的內圈「甩」向外圈，因此對於每個單元，橫截面積是沿著氣流方向擴大的，氣流將會是減速、增壓的。這樣，擴壓器就起到了把空氣的動能轉換成內能的作用。

07 發動機HPT葉片

對高壓渦輪（HPT）的葉片進行孔探時，要留意葉片上的各個冷卻孔是否有裂紋。尺寸較大的孔，是gill cooling hole，它是冷卻空氣從葉片內部往外流出、經過一個擴張管道（diffuser）之後的出口。

08 起動機

一臺發動機的起動機，使用外部氣源、APU引氣或對面發動機的引氣，作為發動機轉子的「第一推動力」。

氣體有來源，也有去處。它衝擊起動機內部的渦輪，使渦輪帶動附件齒輪箱內部的齒輪組，將動力傳遞給高壓轉子。完成這一使命之後，離開渦輪，從exhaust diffuser離開起動機。顯然，這個exhaust diffuser的作用與增壓沒有關係，翻譯成「排氣擴壓器」似乎不太妥當，那麼應當如何翻譯好呢？

無論如何，這個位置總是比較髒，因此也是目視檢查的重點。如果發現此處有滑油痕跡，說明起動機故障了。

文章來源：硬核航空 ，作者HelloSky

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