737NG飛機增壓系統基本邏輯

2021-01-20 樂學notes

首先附上一張737的自動增壓飛行剖線:

這是一般情況自動增壓下飛行高度與座艙高度的對應關係圖(ps:這是按照理解自己畫的

通過這張圖我們先來學習一下自動增壓模式下各個階段增壓系統是如何工作的。(以下增壓邏輯知識來自航空工業出版社的《波音737NG飛機系統》

增壓系統使用自動模式時,需要在座艙壓力控制面板上做以下選擇:選擇自動模式、選擇FLT ALT、選擇LAND ALT。


   1.在地面時,當滿足全部下列條件時,飛機在非增壓狀態而且外流活門在打開位:

   空地系統指示在地面;

兩臺發動機N1至少有1.5秒小於50% (或兩發關車狀態);

兩臺發動機N2至少有1.5秒小於80%(或兩發關車狀態)。


    2.當下列情況發生時,飛機進入起飛預增壓階段:

兩臺發動機的N1至少在1.5秒內增加到60%以上

兩臺發動機的N2至少在1.5秒內增加到89%以上。 

在該階段,系統將座艙增壓到低於場壓高度0.1psid,這樣防止在飛機起飛時不舒適的壓力顛簸。這種座艙地面增壓使得向飛行增壓的過渡對於旅客和機組人員來說更為平緩,而且在起飛期間使系統對地面效應壓力變化作出更好的響應。在起飛階段,座艙增壓變化率為350ft/min。




    3.當起落架上的空/地傳感器指示在空中狀態時,爬升階段開始。

    爬升增壓計劃只與起飛機場高度和所設定預選高度(我認為此預選高度包括FLT ALT設置高度和LAND ALT設置高度兩個高度,後面還會講到)有關。

    在空中,自動控制器在飛機和座艙高度之間保持一定比例的壓差。通過一個與飛機爬升率成比例的升降率增加高度,使座艙高度變化率保持至所需的最小升降率。(我認為這個階段的增壓最能體現「計劃增壓」)



4.當飛機外部壓力降低到選擇的FLT ALT的壓力0.25psi內時,巡航階段開始。


在巡航階段,偏離飛行高度能引起壓差的變動,因為控制器會調節外流活門以保持座艙高度恆定。在巡航過程中,控制器根據下表所示的壓差限制值將座艙高度保持在最低可用的座艙高度。(下表所選飛行高度即FLT ALT選擇高度)



5.當飛機外部壓力增加到大於飛行高度選擇的0.25 psi時,下降階段開始。

在下降階段中,系統控制座艙增壓率以使乘客保持舒適。對於增壓狀態,最大的座艙增壓變化率為350ft/min。系統將座艙壓力增加到比選定的著陸高度(LAND ALT)低0.15psi,防止了在著陸期間壓力顛簸的發生。


6.當飛機著陸和著陸階段的要求被達到時,系統以500ft/min的速率給客艙減壓。當座艙壓力與著陸地外界大氣壓力一致時,外流活門打開。


了解了基本原理之後,我們來分析開篇時拿出來的圖:

我們日常飛行中,飛機一般是梯級上升,很少有管制一次指令就給到巡航高度的,那麼我們會好奇,座艙高度在梯級上升中如何變化呢?這就說到了上文中我提到的計劃增壓,由於FCOM裡只寫了一句:


 

所以我們並不能從中得出最終結論,但是根據實際航班運行中的經驗,結合這段話,大家可以推斷出,爬升階段的計劃增壓其實是這樣工作的:

    增壓系統按照當前飛機的爬升率成比例的給座艙增壓,即對應一個座艙上升率,以實現「在飛機到達巡航高度時,座艙高度也剛好達到FLT ALT按照壓差對應的座艙高度」這一目的。因此:

飛機梯級爬升改平時,座艙升降率也會變為零(如上圖);

在飛機沒有到達FLT ALT選定的巡航高度之前,壓差也不會達到對應的ΔP(上表的7.35/7.8/8.45),而是相對於ΔP以一定比例保持壓差;

飛機爬升率大的時候對應的座艙上升率也會較大;

FLT ALT設置較低時,相較於FLT ALT設置較高而言,飛機到達巡航高度的時間就少了,那麼留給座艙爬升的時間也會少,因此在同樣的飛機爬升率之下,座艙爬升率會相對變大。

 

 

                

 

還有二般情況~

飛高原機場的時候,增壓邏輯不一樣了

 

    根據壓差表格和實際運行,我們知道,一般巡航高度在FL300時,座艙高度大概在6000ft左右。(前頂板也有座艙高度對照表可參考)

那麼飛向高原機場時,增壓系統怎麼工作呢?FCOM這麼說:

    在某些情況下,所選的著陸高度(LAND ALT)可能會超過根據壓差限制值確定的目標座艙高度(例如昆明)。在這種情況下,控制器會把座艙高度保持在稍微低於所選著陸高度(LAND ALT)的數值上

那就是說當飛高原機場,預調的LAND ALT大於FLT ALT根據ΔP相對應的座艙高度(我們姑且把上面壓差表裡的7.45/7.8/8.35用ΔP來代替)時,計劃增壓將按比例將座艙減壓到LAND ALT高度以下0.15PSI。如圖(我又繪了一張):

那如果著陸機場很高,航程又較長的話,客艙一直處於較高高度,旅客和機組舒適度會大大降低,我想正是因此,FCOM補充程序才有要求,起飛前LAND ALT大於6000調6000,以此控制巡航時的座艙高度,直到落地前20分鐘才改成著陸機場標高:




該三般情況了~

        著陸機場是場壓機場時,下降著陸時增壓工作原理會不一樣嗎?


答案是:不會改變。

那我們一定會有疑問:使用場壓時LAND ALT設置為零,而使用修正海壓時LAND ALT設置為機場標高,難道座艙壓力控制器會知道我當前用的QFE還是QNH嗎?

它確實不知道你設置的是QFE還是QNH,但是他知道你氣壓基準旋鈕調定的數值是多少:

 

座艙壓力控制器不會從FMC獲取數據,因此它不知道你用什麼壓力基準,但是,它可以從機長和副駕駛的氣壓基準旋鈕得到氣壓修正值。

因為QFE+0與QNH+機場標高的氣壓是相同的,所以氣壓基準旋鈕調QFE同時增壓面板LAND ALT調零與氣壓基準旋鈕調QNH同時增壓面板調機場標高所得到的氣壓基準值相同。因此,場壓機場增壓原理是完全一樣的。

如果飛機突破了設置的FLT ALT,座艙高度怎麼變化?根據飛行機組使用手冊的描述,壓差會一直增大,直到最大壓差(是否為9.1PSI我還沒有找到依據。)然後,座艙爬升率等於飛機爬升率:

負壓活門的作用是防止座艙外的壓力高於座艙內的壓力,即防止座艙高度高於飛機高度。當座艙出現負壓,機外壓力比機內壓力高1.0PSI時,閥門打開。因此,如果你錯誤的設置了一個較高的LAND ALT,那麼當你下降到該LAND ALT高度時,後續飛機繼續下降的話,將產生負壓,負壓將從該活門釋放,座艙高度將始終與外界高度一致,因此著陸時不會出現座艙高度遠高於機場高度的情況。

位於外流活門兩側各有一個,該活門機械結構,獨立工作,由壓差氣動作動。當壓差到達8.95PSI時,活門打開,空氣流出飛機,釋放座艙壓力。(這就是座艙壓差不會超過9.1PSI的原理)

如果飛機沒有達到預先調定的FLT ALT就開始下降,飛機會認為你要返航著陸,控制器按程序使座艙高度下降到起飛機場標高,如FCOM描述:


          《波音737NG飛機系統》航空工業出版社;




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