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很多人好奇,一架民航客机相当一大部分空间都让给了乘客以及行李舱,那么凭借客机剩余的空间,如何能够搭载足够远渡重洋的油料?
其实秘密在机翼上,飞机的机身油箱并不是只在机身内部存在,那看起来薄如蝉翼的机翼上,竟然隐藏着不亚于机身油箱的储油量。
飞机机翼看起来是一个结实的整体,实际上却是一个框架结构,表面只有一层薄薄的蒙皮来承担飞机起飞时产生的升力。
二战期间的日本零式战斗机,为了获得高效的机动性,甚至在本就已经十分孱弱的飞机机翼框架上采取了打孔结构。
可即便如此,机翼依旧能够承担飞机的大角度转向。
那么机翼究竟是何方神圣,竟然能够承担机身重量的同时,还背起几十吨燃油?
飞机机翼,可以说是二十世纪最伟大的发明之一,正是飞机机翼让地球人实现了持续几千年来的飞天梦想。
机翼一般采取上取下平的设计形状,在气流经过机翼时,上面空气流速要慢于下方空气流速,破坏了机翼上下压力之间的平衡,由此就产生了向上的推力。
在单位时间内上下异面流过的空气量差越大,机翼产生的向上的升力也就越多。
所以一般飞机起飞时都会经过一段时间的高速滑跑。
如果说机翼是让飞机起飞的物质基础,那么发动机就是飞机起飞的动力来源。
民间对飞机有一句评价叫做力大飞砖,意思是在喷气式发动机时代,只要发动机的推力足够大,即便没有飞机机翼也能够起飞。
这一点看美军的f18战斗机就知道了,曾经一架战斗机缺失了一面机翼可仍就飞回了空军基地。
现如今的发动机和几十年前的发动机截然不同。
二战时期的飞机发动机,采取的是类似于汽车发动机的活塞式结构,通过连续不断的缸内爆燃,带动叶轮产生旋转,产生向前的推力。
而到了喷气式发动机时代,则是类似于火箭发动机的向后喷射,获得反作用力。
一般战斗机体型较小,单台发动机大多就能够驱动。
但是民航客机机身很大,一台发动机很难供应动力,在这种情况下,两台发动机成为了固定搭配。
机身空间,不可能同时容纳两台发动机,于是只能对称的发放在靠近机身的机翼两侧,那么放在这里有什么好处?
经常坐飞机的人都知道,飞机在高空飞行时,翼尖会产生波动性的颤动,机翼也向上弯曲变成弧形。
第一次坐飞机的很可能会恐惧,以为飞机机翼即将折断,但实际上,飞机机翼能够承担几百吨的重量变故。
以我国的骄傲大飞机C919为例,这架飞机在超过机身2.5倍的重量下,依旧能够轻松驾驭。
机翼翼尖在弯曲超过三米之后,依旧不变形,受力之后迅速回复原先状态。
之所以有如此夸张的能力,这背后还要归功于机翼的复杂设计。
简单来说,飞机机翼由桁条,翼肋,翼梁等搭建出一个网状的空间结构。
他们是飞机起飞时主要承担压力的地方,一般会以高强度金属,如钛合金等设计制造。
具有足够高强度的同时,还能保证柔性,保证机翼同时具备轻量化与长耐久。而在这些框架的外面,则是以薄蒙皮遮盖。
飞行界有句话叫做,设计师应该以尽可能减少每1g机身重量为设计目标,飞机的结构,就是不断设计优化下的产物。
飞机在飞行时,虽然机翼具有高强度,但是依旧会因为受力而向上翘起,此时飞机机翼的有效升力面积与寿命,其实是被消耗掉一部分的。
如今发动机被设计在机翼上,一般发动机都有数吨的重量。
安装在机翼之后,可以一定程度上减少机翼向上弯曲的程度,给机身提供更大的升力面积。
要知道,飞机上的每一寸空间都十分宝贵,机身空间已经被发掘殆尽,为了提高飞机的航程,只能够在飞机机翼上动脑筋。
曾有设计师在飞机机翼上部也设计了发动机,只可惜后来被淘汰了。
但是机翼内部空间庞大,若不加以利用是在浪费,于是聪明的设计师将油箱加了进去。
机翼上的油箱其实并不是主油箱,主油箱依旧位于机身内部,之所以设计多个油箱,这还得从飞机的早期设计开始说起。
早期型的飞机设计比较简单,一般油箱紧挨着发动机后方,但是在实际使用后,这设计会让飞机在航程后期时,由于油量减少导致飞机重心改变,稳定性大大受限。
于是设计采取油箱一份为二的方式,增加机身后部油箱来实现飞机配平。
飞机在使用时,先将后部油箱消耗一空,就可能尽量躲过这种情况。
这种情况让飞机的航程与稳定性得到一定提高,这种方式采用了很长时间,只不过随着喷气式发动机到来,这种设计逐渐被机翼油箱所替代。
早先的飞机都是木质结构,无法承担起油箱的重量。
上世纪50年代之后,高科技金属被应用于航空领域,机翼的强度和结构都在不断的发生迭代升级,这才让机翼内装油箱成为一种可能。
过去由于机翼内部结构复杂,工人是明知这是一块巨大的空间浪费可依旧无可奈何,偏偏燃油的流动性,解决了这一个巨大的难题。
其实机翼内部放油还有很多的好处。
首先一点,发动机连接的机翼下方,意味着不需要经过更长的输送管道,燃油就可以进入发动机内部。
其次燃油进入飞机之后,实质上是把飞机本身的一部分重量分摊到了机翼上。
如此,在飞行时机翼的弯曲情况就得到了缓解,减少应力与颤动,与发动机起到的效果如出一辙,飞机飞的更加平稳。
由于机翼两侧相对称,使得两侧机翼内部燃油使用量大致相当,不会因为随着航程的减少,导致左右重量不匀,破坏机身的稳定性。
飞机有时候会遇到突发情况,不得不紧急迫降。
亦或者是在降落之前,为了乘客的飞行安全,需要降低飞机重量,这种时候最常用的方式就是空中抛油。
机翼两侧油箱的抛油,可以使得油料在抛洒之后不至于重新卷入飞机进气道,诱发发动机爆炸,是一种十分安全的位置。
最后一点优势,飞机机翼油箱,可以显著增加飞机航程.
不过飞机机翼加油箱并不是没有缺点,如果处理不好,可能波及飞机上所有乘客的生命安全。
任何设计都会因为显示因素存在一些缺陷,飞机设计本身也是在取舍中最终定型。
对于设计上先天存在的缺陷,只能通过技术进行弥补,比如飞机油箱内部的震荡问题。
要知道,飞机在天上飞,任何一点波动都可能改变飞行姿态与路径。
机翼油箱在减少之后,伴随飞机的转向,机翼内部的油料就会出现卷动,严重时可以导致发动机因没有油料而高空停车。
对此,科学家们的处理方法简单,首先放减震器,尽可能吸收飞机转向时带来的波动,之后用隔板将油箱分成一个个相对小的空间结构,油无法在油箱内自由活动,只能被禁锢在各自的空间内。
而油箱内部,还贴上了吸收冲击力的贴片,以吸收分隔油箱内的小幅震荡。
此前有飞机在穿越雷暴区域时候,机翼遭受雷击而起火坠机,机翼内的燃油是绝佳的助燃剂。
对此,如今大多依靠最新的避雷措施以及油箱惰化系统来改善,如今已经基本不会因雷击而失事。
最后要说道,此次国产大飞机C919在机翼测试时,承受了机身近三倍的重量。
根据官方公布数据,该飞机重量45吨,可拉燃油20.4吨,最大载荷19吨,这个数字远远打不到此次机翼测试的最大负载。
这足以证明,机翼不会因为机身与机翼内油箱这点重量,而被轻易压断。
总的来说,在飞机机翼内部设计油箱,是一个非常巧妙的发明,是依托于新材料应用于飞机之后,出现的一种特殊设计。
飞机机翼的油箱,成功的把飞机机翼此前的劣势转化成了优势,为提高飞机的安全性,起到了重要作用。
其实在特定时候,飞机本身的油料储存是不够用的,这时候,就需要加挂副油箱,一般放在机翼挂架下方,由此可见,机翼作为扩展航程工具的开发已经走的成熟且深远。
经过七十多年的发展,机翼油箱已经从青涩走向成熟。
而在战斗机领域,机背副油箱都开始出现,机翼内外的油箱,早已经不是什么新鲜的产物了。
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参考资料:
熙晨故事会 2023-10-24 《中国大飞机性能曝光,机翼承受百吨重物不断裂,这就是国产实力》
减免税揖复稼 2023-11-02 《飞机的油箱在哪?它到底能装多少油?内部构造告诉你答案》
Hi科普啦 2024-05-04《为什么飞机要把油装在薄薄的机翼里?一次近百吨重,不怕压断吗?》