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飞机是怎么转弯的?

科界 2016-05-16

  每当出门旅游,飞机是大部分人的选择。那么,飞机是怎么转弯的、窗户为什么那么小、为什么要系安全带……关于民航飞机,你的了解有多少呢?

  1. 飞机是怎么转弯的?

  汽车在地面有四个轮子,依靠驾驶员操纵方向盘改变车轮的角度来驾驶汽车。飞机在空中不与地面或海面接触,飞行员是如何驾驶飞机按预定轨迹飞行的呢?大家知道,飞机不但有机翼,而且机身后部通常有一对“水平尾翼”和一个“垂直尾翼”。“水平尾翼”可以对飞机产生纵向自稳定作用;“垂直尾翼”可以对飞机产生航向自稳定作用;“机翼”可以对飞机产生横向自稳定作用。这三种作用,可以在飞机受气流扰动不太大时,自动保持飞机的纵向、航向和横向姿态的稳定。

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  如果要驾驶飞机改变飞行轨迹,仅靠机翼和尾翼安定面作用已不行了。大家乘飞机或参观飞机时,是否仔细观察过飞机构造:机翼后缘两侧有一对可转动的“副翼”,水平尾翼后缘有一对可转动的“升降舵”,垂直尾翼后缘有一个可转动的“方向舵”。当飞行员操纵这些“舵面”时,在相对气流的作用下,飞机就可以分别作改变横向、纵向和航向的运动,从而可以驾驶飞机按预定航线作升降、转弯等运动。总之,飞机在推力产生的相对气流中,是通过自身的各种“舵面”,产生的相对力矩,来驾驶飞机运动的。

  2. 飞机的窗户实在太小了,为什么不能把飞机的窗户做大点呢?小小的窗户又有什么神奇的地方?

  飞机结构设计是交通工具中最严格的设计要求,既要重量轻又要强度好。飞机结构上每一个“框”、“梁”、“肋”、“桁条”和蒙皮都要进行精心的优化设计,在保证足够的强度和刚度情况下,要尽可能轻,这样才能保证承担必需的载荷。飞机机身舱壁上的任何开口度对结构整体强度不利的。每一个开口的边缘必须作强度补充结构设计,才能保证机身受力的合理传递。窗口越多、越大,对结构强度月不利。所以飞机的窗口不能开大。

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  虽然是小小的窗口,它的窗口边缘增强设计和透明材料的选择都是要经过大量强度试验的。窗口透明板通常设计有两层,以减少舱内外温度的传导。

  3. 现在科技这么发达,为何飞机飞行时还怕大雾天气,为什么天气晴好飞机也会产生颠簸?

  现代飞机都设计有优良的自稳定控制系统,以减少飞机在飞行中遭遇干扰气流的震荡。有浓云变化的天气,云雾流团对飞机正常飞行的相对稳定气流有干扰,改变了飞机的稳定状态,因而有波动。飞机一当穿过云层后,就又恢复稳定。

  为什么天气晴好飞机也会产生颠簸?大气中除了云雾,还有变化不定、人眼看不见的“湍流”和“突风”。这些湍流、突风通常是“振荡”的和从任意方向流来,以致引起飞机的升力、阻力和力矩变化,从而引起飞机颠簸,尤其在从云层上部下降到云层过渡区域时振荡比较明显。有时离地面很近的“风切变”,也会影响飞机的稳定性。

  4. 民航飞机上为什么不配备降落伞?

  军用飞机的救生设备,不仅是降落伞,还必须要有复杂的弹射装置。战斗机驾驶员在紧急情况下,可以启动救生装备,弹射火箭或其他弹射装置,将驾驶员连同座椅和降落伞一同弹出飞机舱外一定高度,然后降落伞打开,保证驾驶员安全着陆。这种救生装置要比一个人重得多。

  载有100多位旅客的民航飞机要为每位旅客安装这样复杂的降落伞弹射救生装置,基本上是不可能的。增加这多重量,飞机也飞不起来。战斗机驾驶员弹射时,还要冲破驾驶舱盖,这对于民航飞机也是难于实现的。

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  也有工程师设计过整体客舱紧急时打开,用若干大型降落伞拉出旅客舱的方案。这种飞机的机构设计太复杂,有效承载的旅客数将大大减少,尤其是大型降落伞能否有效展开和旅客座舱能否脱离飞机,都还是个未知数。目前还没有飞机工厂愿意研制生产这种飞机,也没有航空公司能经营起这种飞机。因此,目前大型客机基本上不可能用降落伞救生旅客。单座或几座的小飞机,使用降落伞救生倒是可能的。

  5. 为什么在客机上“系好安全带很重要”?

  不少旅客对空姐要求“系好安全带”不以为然,总以为飞机飞行时比汽车、火车还稳定,不一定必须系上安全带。

  首先我们要意识到飞机的速度比汽车、火车快得多。汽车乘员因没有系安全带,造成伤亡事故已屡见不鲜。而民航飞机的速度通常是汽车的八倍以上,一旦遇到紧急情况,巨大的惯性作用要比乘车危险大得多。尤其是飞机起飞和着陆阶段,乘务员强调要大家系好安全带。这是因为,飞机起飞和着陆阶段所受空气动力作用变化大,因此旅客处于运动中飞机的惯性力变化也大。尤其是低空风切变或或驾驶员遇到特殊情况紧急操作等,都会引起飞机的颠簸、震荡或倾斜,致使乘客因碰撞而受伤或造成其他意外事故。

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  飞机从无云的高空下降到云层附近时,也是空姐常常提醒乘客系好安全带的时候。常坐飞机的旅客都遇到过,当飞机在穿越云层时受到扰动气流的作用时而有较强烈的振动。国内外民航乘客因没有系好安全带被抛向机舱的空间,撞到天花板上,摔伤或撞伤的事故已发生过多次;而那些系好安全带的乘客则基本无事。

  其实,保险的是乘客应全程系好安全带。以减少航行中发生突如其来的变故时受到的伤害。

  6. 飞机为什么不能随意打开舱门?窗户也是不能打开的?

  前不久,一名已登上飞机的民航旅客因不满客机起飞延误而擅自打开飞机舱门,被责令下飞机接收处罚。这不仅是旅客违反规定,更重要的是,可能造成重大事故。

  大气环境是随着高度而变化的,如8000米高空大气压力下降一半多,大气的温度达零下50多度。如果乘飞机的旅客在高空暴露在自然环境中,那是非常危险的。假如飞机在飞行过程中,由于种种原因突然泄压,使乘员暴露在实际环境中,这将导致乘员的生理障碍,甚至死亡,主要表现在以下两个方面:

  ●高空缺氧会使人机体的代偿性活动不足以保证大脑皮层的最低氧需要量,会使人迅速出现意识丧失和突然虚脱。

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  ●低压效应对人体也有危害。危害的程度取决于低压程度与减压速度。当高空减压过快时,会发生高空胃肠气胀。溶解在体内的气体在高度上升时因过饱和而游离出来,形成气泡群所导致的高空减压障碍和循环障碍。

  此外,空中舱门打开,还可能将乘员吸离舱外。

  现代飞机为旅客提供了良好的大气环境,使乘员在舱内感受到与地面一样的大气压、氧气和舒适的温度。这主要是飞机设立了一整套舱内环境供气、供氧和环境调节控制的装备,确保旅客的生命安全。

  作者:南京航空航天大学教授、博士生导师、航空工程国家级实验教学中心主任、中国航空学会理事 昂海松

  图片来源于网络

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  作者: 南京航空航天大学教授 昂海松   [责任编辑: 宋金玉]