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

編輯 | 角落

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。

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? - 天天要聞

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。

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? - 天天要聞

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。

科學分類資訊推薦

EBSD應用-孿晶分析——EBSD基礎知識 - 天天要聞

EBSD應用-孿晶分析——EBSD基礎知識

EBSD基礎知識:EBSD應用-李晶分析。大家好,這裡是中材檢測科普講堂。·1.形變李晶的識別。通過EBSD技術可以確定材料內部的李晶組織,李晶與基體之間存在特定的對稱關係和取向關係。例如在立方晶系金屬中,李晶與基體之間可能存在60°111
哈佛大學科學家解開了5.08億年前奇異節肢動物的百年謎團 - 天天要聞

哈佛大學科學家解開了5.08億年前奇異節肢動物的百年謎團

研究人員發現,「擴張頭盔蟲(Helmetia expansa)」有行走的腿和蛻皮行為,這改變了人們對其移動性和生長的假設。一個多世紀以來,寒武紀節肢動物擴張頭盔蟲一直是個謎。它於1918年被古生物學家查爾斯·杜立特爾·沃爾科特發現,最初被認
剛剛,物理學家實現了「點鉛成金」!0.000001秒 - 天天要聞

剛剛,物理學家實現了「點鉛成金」!0.000001秒

編輯:犀牛 好睏【新智元導讀】歐洲核子研究中心(CERN)的大型強子對撞機(LHC)剛剛實現了一項令人震驚的壯舉:將鉛轉化為黃金!這一「點石成金」的過程雖然僅持續約一微秒,且成本高昂,卻讓17世紀鍊金術士的夢想在現代物理學中成真。
合肥市花石榴花開 風動裙裾醉了夏天 - 天天要聞

合肥市花石榴花開 風動裙裾醉了夏天

【來源:合肥在線】「五月榴花照眼明」。近日,不少細心的市民發現,合肥市花石榴花開了,風動裙裾醉了夏天。5月12日,記者走進勞動公園,在一片綠意中,被一朵朵紅花吸引,走近一看,原來是合肥市花石榴花綻放了。
圖盧茲機械大堂遊記|機械巨獸身邊理解童話 - 天天要聞

圖盧茲機械大堂遊記|機械巨獸身邊理解童話

圖盧茲機械大堂遊記|機械巨獸身邊理解童話如果說航空博物館展現的是圖盧茲未來與嚴謹的一面,那麼機械大堂(La Halle de La Machine),則是這座城市關於幻想、藝術與工業的另一種表達。這裡更像一個充滿聲音與鐵鏽味的舞台,主角是那
一眼千年,一步千里 - 天天要聞

一眼千年,一步千里

### 時空壓縮:改寫人類文明的「魔法沙漏」——從杭州超重力場看未來科技革命想像一下,一杯渾濁的泥水在自然環境中需要沉澱一天才能清澈,而一台機器只需旋轉一分鐘就能完成分離——這就是浙江大學牽頭建設的「超重力離心模擬與實驗裝置」(CHIEF)
別看它小,這條不到30公分小蛇是虎斑頸槽毒蛇! - 天天要聞

別看它小,這條不到30公分小蛇是虎斑頸槽毒蛇!

你相信嗎?不到30公分的一條小蛇卻比大多數蛇還可怕!5月10日,沿江派出所抓獲了一條小蛇,通過觀察確認是含有毒性的——虎斑頸槽毒蛇。當天下午6點,沿江派出所接到張先生報警,其在自家菜園子勞作時,看到一條黑黃相間、頭呈扁平三角形狀的蛇在菜地里