摘要：本文简要介绍航电设备的基本概念，并借助“热量阶梯”和“通风形态”的概念来帮助理解B737NG和A320的设备冷却系统。
▲ A320电子舱一隅
01 航电设备的基本概念
什么是飞机的计算机？什么是航电设备舱？
A320飞机，诞生于1980年代，它是电子工业时代航空器的杰出代表。从它的雷达罩后方，到驾驶舱下方，一直到与登机门后边缘平齐的横剖面，在货舱以前的部分，以客舱地板为界，在地板以下，在一个大约4m×3m×1.5m的密闭空间里，安装着各种航电设备。
这些航电设备，在民航工业的术语里，大部分属于“计算机”（computer）。与日常用语里的计算机相比，相同之处在于——有输入（来自其他设备、计算机和传感器等各类“输入设备”）、有计算（封装在金属盒子里的逻辑芯片）、有输出（给其他设备、计算机和显示器等各类“输出设备”）。
我们界定一些部件是否构成一个飞机系统，可以考虑它是否有一个可以作为核心的计算机，考虑输入信号是如何被处理的，又如何转换为各类输出信号。反之，对于一个计算机，找到了它的输入设备和输出设备，就能确定出一个飞机系统。这个思路有利于我们更好地理解飞机。
这些计算机和它们的输入设备、输出设备相对分离。例如对于空调系统的核心计算机ACSC位于航电设备舱内，而它的输入和输出设备主要在空调舱和驾驶舱。因此，这些计算机相当于我们日常概念的“主机”。航电设备舱，集中了各个飞机系统的计算机，它是空中的“主机房”。
输入设备和输出设备，可以是其他计算机（主要仍然是集中在电子舱），也可以是分布于飞机全身各处的传感器和机械部件，最后是集中在驾驶舱里的“人机交互设备”，例如方向盘、控制面板、显示器。
飞机的计算机主机需要冷却，而人机交互设备中电子化程度高的显示器、控制面板，同样需要冷却。因此，A320的前辈B737，其航电设备冷却系统（equipment cooling）既为航电设备舱、也为驾驶舱的设备进行冷却。后来者A320也是这两个区域。
▲ A320设备通风区域：驾驶舱和航电设备舱
02 设备冷却的特点
A320飞机使用“设备通风”（equipment ventilation）一词来表示“设备冷却”，词根“vent”含有“新旧空气更替”的意思。家庭或办公用的台式计算机，主机箱里通常有呼呼作响的风扇，正是利用新旧空气更替来对电子设备进行冷却的一个日常案例。
B737NG和A320的航电设备系统，也使用风扇。但并不是在每个计算机里安装风扇，而是在设备舱里固定的位置上安装风扇，集中地提供和排出冷却空气。一旦飞机接入了交流电，这些风扇就开始工作。
除了使用风扇来驱动用于冷却的空气，A320还在某些情况下引入空调管路中的空气来增强冷却效果。而一些散热需求更大的飞机，例如A330，在地面阶段也使用类似于家庭空调的“蒸发冷却循环”技术（地面制冷组件GRU）。无论是借助于风扇、空调还是GRU，不同的航电设备冷却方案都有空气冷却、集中通风这两个特点。
回到日常生活中，一些顶级游戏玩家为了给大功率的主机进行冷却，还使用水作为冷却介质（水冷系统）。但是对于航空航电设备，使用空气就足够了。空气冷却技术原理简单，易于实现、便于维护，也更为安全。
▲ 顶级机箱使用水冷系统
03 热量阶梯与通风形态
由于使用空气作为冷却介质，便可以引入“热量阶梯”的概念来帮助理解设备冷却。而集中通风，则区分出多种“通风形态”。
正如水往低处流，热量也总是自发地从“高”的地方转移到“低”的地方。在“热量阶梯”中位置最高的第一阶梯，当然是航电设备本身。电流在芯片、二极管、电阻等电子元件中有着极为密集的微观粒子运动，因而大量发热。
而流过设备的空气，即使是被电子元件加热了，其温度也总是低于设备本身，这是热力学第二定律所限制的。因此受热空气位于第二阶梯。
对于B737NG来说，热量接下来有两个去处。在地面，受热空气通过机外排气活门（OEV）直接排向机外，因此，机外空气是第三阶梯。在空中，OEV是关闭的，受热空气流向前货舱，为前货舱加热，并通过左侧再循环风扇将这些空气回收到混合总管，最后重新成为客舱空气。
如果借用A320的概念，在地面时电子设备的通风形态是“开环”的，而在空中则是“闭环”的。
▲ 箭头分别标出了电子舱门和OEV排气口。OEV排气口是冬季地面取暖的好地方
A320的计算机数量大大增加了，因而冷却方案也复杂了。在B737方案的基础上，它增加了“飞机蒙皮”这一阶梯，其主要部件“蒙皮空气热交换器”是由一系列拼接在一起的面板与机身蒙皮共同构成的气流管道。当机外温度足够低，第二阶梯的受热空气被风扇驱动，通过“蒙皮空气热交换器”，将热量传给蒙皮（第三阶梯），而受热了的蒙皮又将热量传递给机外空气（第四阶梯）。四个阶梯，是A320设备冷却的方案。
▲ A320的蒙皮空气热交换器
A320的第三阶梯有时会被旁通，这与蒙皮的冷却效率有关。在万米高空，蒙皮的温度可以低到-40℃，而机身表面也有充分的对流空气，此时第三阶梯的效率是很好的。第二阶梯的受热空气经过蒙皮充分冷却以后，又回到起点再次用于设备冷却。这便是闭环通风形态。
但是回到地面以后，蒙皮温度上升了，机身表面也没有了对流空气，第三阶梯的效率大为降低。当机外温度升高到12℃以上时，航电设备通风计算机（AEVC）将会关闭蒙皮热交换器隔离活门，使蒙皮不参与设备冷却；同时打开蒙皮空气进气口和出气口，此时第二阶梯的空气直来自机外，也排向机外。这便是开环通风形态。
蒙皮是否参与设备冷却，是“闭环形态”和“开环形态”这两者的本质区别。
▲ 在12℃以上时，A320的蒙皮空气出口同样也是地面取暖的好地方
▲ 开环、闭环与过渡形态
以下表格概括了两个机型的差异。
737-600/700/800/900 AMM中文版
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不容易啊！终于成功上岸，先保3级再说。
CCAR121 R8正式发布了，明确了机务执照专业
发表于 2020-3-15 10:16:18
楼主
