爲什麽飛機要把油裝在薄薄的機翼裏?一次近百噸重,不怕壓斷嗎?

郭嘉聊健康 2024-05-10 05:04:01

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很多人好奇,一架民航客機相當一大部分空間都讓給了乘客以及行李艙,那麽憑借客機剩余的空間,如何能夠搭載足夠遠渡重洋的油料?

其實秘密在機翼上,飛機的機身油箱並不是只在機身內部存在,那看起來薄如蟬翼的機翼上,竟然隱藏著不亞于機身油箱的儲油量。

飛機機翼看起來是一個結實的整體,實際上卻是一個框架結構,表面只有一層薄薄的蒙皮來承擔飛機起飛時産生的升力。

二戰期間的日本零式戰鬥機,爲了獲得高效的機動性,甚至在本就已經十分孱弱的飛機機翼框架上采取了打孔結構。

可即便如此,機翼依舊能夠承擔飛機的大角度轉向。

那麽機翼究竟是何方神聖,竟然能夠承擔機身重量的同時,還背起幾十噸燃油?

一、機翼上的發動機

飛機機翼,可以說是二十世紀最偉大的發明之一,正是飛機機翼讓地球人實現了持續幾千年來的飛天夢想。

機翼一般采取上取下平的設計形狀,在氣流經過機翼時,上面空氣流速要慢于下方空氣流速,破壞了機翼上下壓力之間的平衡,由此就産生了向上的推力。

在單位時間內上下異面流過的空氣量差越大,機翼産生的向上的升力也就越多。

所以一般飛機起飛時都會經過一段時間的高速滑跑。

如果說機翼是讓飛機起飛的物質基礎,那麽發動機就是飛機起飛的動力來源。

民間對飛機有一句評價叫做力大飛磚,意思是在噴氣式發動機時代,只要發動機的推力足夠大,即便沒有飛機機翼也能夠起飛。

這一點看美軍的f18戰鬥機就知道了,曾經一架戰鬥機缺失了一面機翼可仍就飛回了空軍基地。

現如今的發動機和幾十年前的發動機截然不同。

二戰時期的飛機發動機,采取的是類似于汽車發動機的活塞式結構,通過連續不斷的缸內爆燃,帶動葉輪産生旋轉,産生向前的推力。

而到了噴氣式發動機時代,則是類似于火箭發動機的向後噴射,獲得反作用力。

一般戰鬥機體型較小,單台發動機大多就能夠驅動。

但是民航客機機身很大,一台發動機很難供應動力,在這種情況下,兩台發動機成爲了固定搭配。

機身空間,不可能同時容納兩台發動機,于是只能對稱的發放在靠近機身的機翼兩側,那麽放在這裏有什麽好處?

二、機翼挂載的好處

經常坐飛機的人都知道,飛機在高空飛行時,翼尖會産生波動性的顫動,機翼也向上彎曲變成弧形。

第一次坐飛機的很可能會恐懼,以爲飛機機翼即將折斷,但實際上,飛機機翼能夠承擔幾百噸的重量變故。

以我國的驕傲大飛機C919爲例,這架飛機在超過機身2.5倍的重量下,依舊能夠輕松駕馭。

機翼翼尖在彎曲超過三米之後,依舊不變形,受力之後迅速回複原先狀態。

之所以有如此誇張的能力,這背後還要歸功于機翼的複雜設計。

簡單來說,飛機機翼由桁條,翼肋,翼梁等搭建出一個網狀的空間結構。

他們是飛機起飛時主要承擔壓力的地方,一般會以高強度金屬,如钛合金等設計制造。

具有足夠高強度的同時,還能保證柔性,保證機翼同時具備輕量化與長耐久。而在這些框架的外面,則是以薄蒙皮遮蓋。

飛行界有句話叫做,設計師應該以盡可能減少每1g機身重量爲設計目標,飛機的結構,就是不斷設計優化下的産物。

飛機在飛行時,雖然機翼具有高強度,但是依舊會因爲受力而向上翹起,此時飛機機翼的有效升力面積與壽命,其實是被消耗掉一部分的。

如今發動機被設計在機翼上,一般發動機都有數噸的重量。

安裝在機翼之後,可以一定程度上減少機翼向上彎曲的程度,給機身提供更大的升力面積。

要知道,飛機上的每一寸空間都十分寶貴,機身空間已經被發掘殆盡,爲了提高飛機的航程,只能夠在飛機機翼上動腦筋。

曾有設計師在飛機機翼上部也設計了發動機,只可惜後來被淘汰了。

但是機翼內部空間龐大,若不加以利用是在浪費,于是聰明的設計師將油箱加了進去。

三、機翼加油箱

機翼上的油箱其實並不是主油箱,主油箱依舊位于機身內部,之所以設計多個油箱,這還得從飛機的早期設計開始說起。

早期型的飛機設計比較簡單,一般油箱緊挨著發動機後方,但是在實際使用後,這設計會讓飛機在航程後期時,由于油量減少導致飛機重心改變,穩定性大大受限。

于是設計采取油箱一份爲二的方式,增加機身後部油箱來實現飛機配平。

飛機在使用時,先將後部油箱消耗一空,就可能盡量躲過這種情況。

這種情況讓飛機的航程與穩定性得到一定提高,這種方式采用了很長時間,只不過隨著噴氣式發動機到來,這種設計逐漸被機翼油箱所替代。

早先的飛機都是木質結構,無法承擔起油箱的重量。

上世紀50年代之後,高科技金屬被應用于航空領域,機翼的強度和結構都在不斷的發生叠代升級,這才讓機翼內裝油箱成爲一種可能。

過去由于機翼內部結構複雜,工人是明知這是一塊巨大的空間浪費可依舊無可奈何,偏偏燃油的流動性,解決了這一個巨大的難題。

其實機翼內部放油還有很多的好處。

首先一點,發動機連接的機翼下方,意味著不需要經過更長的輸送管道,燃油就可以進入發動機內部。

其次燃油進入飛機之後,實質上是把飛機本身的一部分重量分攤到了機翼上。

如此,在飛行時機翼的彎曲情況就得到了緩解,減少應力與顫動,與發動機起到的效果如出一轍,飛機飛的更加平穩。

由于機翼兩側相對稱,使得兩側機翼內部燃油使用量大致相當,不會因爲隨著航程的減少,導致左右重量不勻,破壞機身的穩定性。

飛機有時候會遇到突發情況,不得不緊急迫降。

亦或者是在降落之前,爲了乘客的飛行安全,需要降低飛機重量,這種時候最常用的方式就是空中抛油。

機翼兩側油箱的抛油,可以使得油料在抛灑之後不至于重新卷入飛機進氣道,誘發發動機爆炸,是一種十分安全的位置。

最後一點優勢,飛機機翼油箱,可以顯著增加飛機航程.

不過飛機機翼加油箱並不是沒有缺點,如果處理不好,可能波及飛機上所有乘客的生命安全。

四、缺點與改進

任何設計都會因爲顯示因素存在一些缺陷,飛機設計本身也是在取舍中最終定型。

對于設計上先天存在的缺陷,只能通過技術進行彌補,比如飛機油箱內部的震蕩問題。

要知道,飛機在天上飛,任何一點波動都可能改變飛行姿態與路徑。

機翼油箱在減少之後,伴隨飛機的轉向,機翼內部的油料就會出現卷動,嚴重時可以導致發動機因沒有油料而高空停車。

對此,科學家們的處理方法簡單,首先放減震器,盡可能吸收飛機轉向時帶來的波動,之後用隔板將油箱分成一個個相對小的空間結構,油無法在油箱內自由活動,只能被禁锢在各自的空間內。

而油箱內部,還貼上了吸收沖擊力的貼片,以吸收分隔油箱內的小幅震蕩。

此前有飛機在穿越雷暴區域時候,機翼遭受雷擊而起火墜機,機翼內的燃油是絕佳的助燃劑。

對此,如今大多依靠最新的避雷措施以及油箱惰化系統來改善,如今已經基本不會因雷擊而失事。

最後要說道,此次國産大飛機C919在機翼測試時,承受了機身近三倍的重量。

根據官方公布數據,該飛機重量45噸,可拉燃油20.4噸,最大載荷19噸,這個數字遠遠打不到此次機翼測試的最大負載。

這足以證明,機翼不會因爲機身與機翼內油箱這點重量,而被輕易壓斷。

結語

總的來說,在飛機機翼內部設計油箱,是一個非常巧妙的發明,是依托于新材料應用于飛機之後,出現的一種特殊設計。

飛機機翼的油箱,成功的把飛機機翼此前的劣勢轉化成了優勢,爲提高飛機的安全性,起到了重要作用。

其實在特定時候,飛機本身的油料儲存是不夠用的,這時候,就需要加挂副油箱,一般放在機翼挂架下方,由此可見,機翼作爲擴展航程工具的開發已經走的成熟且深遠。

經過七十多年的發展,機翼油箱已經從青澀走向成熟。

而在戰鬥機領域,機背副油箱都開始出現,機翼內外的油箱,早已經不是什麽新鮮的産物了。

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參考資料:

熙晨故事會 2023-10-24 《中國大飛機性能曝光,機翼承受百噸重物不斷裂,這就是國産實力》

減免稅揖複稼 2023-11-02 《飛機的油箱在哪?它到底能裝多少油?內部構造告訴你答案》

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