為什麼飛機在萬米高空可以飛行 而在高原上卻動力不足呢?

2021年03月10日15:36:22 科學 1478

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青藏高原是地球的「第三極」。青藏高原和地球上的南、北極有着共同的地方,這就是氣候寒冷。但是它也有自己高極的特點:那就是空氣稀薄,氣壓低。大多數初到西藏旅遊的人們會印象深刻,在高原上稍有運動量較大的行為,比如奔跑、快速上下坡等,都會大口地喘氣,有時還會出現眩暈、噁心等感覺,這就是高原反應的典型反應。人類在高原上有典型的高原反應,其實飛行器,比如飛機在高原上也會出現動力不足等高原反應,這是怎麼回事呢?

飛機能夠起飛,其原理簡單來說,就是通過發動機提供的推力,以及機翼上下緣產生的空氣壓力差提供的升力來實現的。我們通過飛機機翼的橫截面可以看出,其上側邊緣的弧度要明顯比下側的大,當飛機向前行進時,機翼會將前方的氣流分為上下兩股,由於上方弧度大,因此氣流所通過的路程要比下方遠,空氣的流動速度也較快,按照伯努力定理,上方氣流對機翼產生的壓力也較小,這樣對機身來說,就產生了一個向上的「托舉力」,這個向上的升力確保飛機能夠順利升空。

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當機翼的面積增大時,對機身產生同樣大小的升力,所需的迎角也就越小,飛機也越容易爬升,與此同時,飛機所受到的空氣阻力也相應增大,在一定程度上阻礙了飛機的爬升。因此,在飛機的設計階段,必須在飛機的發動機推力、機翼面積和角度方面取得一定的平衡,以取得最理想、最經濟的飛行迎角和升阻比,即保證在單位推力之下有較高的行進速度,又確保升力的增大要有效大於阻力增大的程度,即高效的升阻比。

飛機無論是升至上萬米還是上升到幾千米,起飛和降落需要輸出較高的功率,是飛機能否正常航行的關鍵。而飛機要正常起飛,從空氣中獲得的升力尤為重要,而這個升力大小除與飛行的發動機輸出功率大小有關,還依賴於空氣密度大小,就象乒乓球放在鹽水還是普通水中,下浸深度是不一樣的。

對於青藏高原海拔4000米的地區,空氣密度約為海平面的60~70%,較平原機場下降了30~40%,空氣稀薄也會導致飛機獲得的升力不足,沒有空氣的支撐就象水托不住鐵球一樣,飛機難以升空。其次高原海拔高含氧量低,燃燒不充分,發動機的功率下降40%左右,發動機獲得不了較好的動力,起飛困難重重。

為什麼飛機在萬米高空可以飛行,

而在高原上卻動力不足呢?

這是因為飛機起飛時的高度不同,在平原上起飛海拔一般200米左右,升至10000米,而高原機場海拔4000米,飛至10000米,這是兩個不同的高度,低海拔起飛空氣密度及含氧量正常,發動機輸出功率正常,而高海拔大氣環境卻不同,為此在高原上起飛,飛機動力就出現了不足。

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假如飛機都處在高度4000米高空,升至10000米,一個是平原上起飛後獲得的慣性的飛機,另一個是處在高原海拔4000米待起飛的飛機,需要發動機輸出的功率大相徑庭。高原上飛機初始慣性為零,輸出的功率出現了不足。由此看來,飛機初期起飛時的海拔高度非常重要,往往決定着這次航行的成功與失敗。

此外,飛機在萬米高空,雖然空氣變得更加稀薄,但是飛機已經處於高速狀態,在這種情況下,一方面發動機使用很小的功耗,就可以克服較小的空氣阻力。另一方面,在高速狀態下,一點兒迎角就可以產生較大的升力,從而與重力相平衡。因此,在萬米高空,飛機所受到的各方面阻力都變得更小,即使發動機由於空氣密度大幅減小而帶來推力的衰減,但也足以能夠維持飛機水平和垂直方向上的受力平衡。

那既然飛機在高原上起落會動力不足,去高原坐飛機還安不安全呢?其實,飛機作為目前安全係數最高的交通工具之一,經過百年來的技術更新和新機型的不斷湧現,其安全可靠性已經位列交通工具之首,每次飛行之前必不可少的機體巡查和維護等工作都是其他交通工具不具備的。另外,為適應高原地形,適合飛機發動機在起飛階段有更多時間燃燒效率,高原的機場一般都比平原機場長許多。所以,只要排除極端天氣情況下的飛行起落,高原上坐飛機還是很安全的。

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