民航飛機為什麼不能在空中翻轉?機身的每個部位都有其獨特作用

2021-01-16 飛行科學原理

我們都知道如果客機在空中翻轉,在內部乘坐的旅客一定會感到不舒服,除了旋轉導致的不適之外,額外增加的巨大壓力也是不能承受得住的。那麼平常航展時候我們看到的戰鬥機能翻轉,為什麼客機卻無法實現呢?下面我們來了解一下它們的區別之處。

飛機是依據用途來分類,民航機和戰鬥機性質作用不一樣

首先先來想一下,當客機在空中翻轉時會增加多少G值。所謂G值,指的是飛機在空中突然轉換方向或降落時所產生的,將慣性力以重力加速度的倍數表現出來的數值,也稱為「負載因數」。假設飛機以時速630km的速度做了一個半徑1,000m的翻轉時,客機會受到離心力等力量影響,產生最大4G力量的作用力。若此客機的重量是200噸,它在翻轉時就會產生機身重量的4倍,也就是800噸的作用力,等於客機此時呈現的重量會變成800噸重。由於機翼為了支撐這800噸的作用力,必須產生等同800噸的升力。因此可知,此時機翼的負擔相當沉重。

但是·客機所能承受G值的最大限度(稱為負載因數上限)是2.5G,如果加上考慮安全因素的1.5倍,最後的終極負載因數上限也只有2.5G×1.5=3.75G。因此從客機本身的強度角度來說,要它承受飛機在翻轉最後產生的4G作用力,可說是相當困難的。順帶一提,即使客機真的能夠在空中翻轉,也會需要一種能避免全體乘客的血流只停留在同一處的耐G套裝才有辦法。

雖然客機根本不需要在天空中翻轉的能力,但是我們還是需要能夠翻轉的飛機。因此根據耐航類別可以將飛機分成:特技A、實用U、普通N和運輸T等類型。而客機是屬於T類型。此外,不只是飛機有分耐航類別,滑翔機和直升機也有同樣的耐航類別。

飛機各個構造的作用,個部位都缺一不可

所有的飛機不論大型或小型,大部分的構造都是一樣的:主翼、機身、垂直尾翼、水平尾翼、動力裝置、起飛著陸裝置等。接下來簡單地介紹一下各個部位的功能吧!

首先我們來看看飛機主翼的部分,主翼負有產生支撐飛機整體升力的重大責任。另外主翼也是有效利用翼內空間儲存燃料的燃料槽。此外主翼還有一個部份被稱作副翼( aileron)的輔助翼,用來在飛機轉換方向時傾斜的舵面(呈現舵狀並且會動的翼面,又稱作「動翼」)。順帶一提,由於副翼是法國人想出來的裝置所以是法文aileron在法文的意思裡有羽毛尖端或是「魚鰭」的意思。就像尾翼還有另一個別稱叫做安定板一樣,它是讓飛機能夠平穩地在空中飛行的機翼。

水平尾翼的部分有一個升降舵( elevator)的舵面,負責在飛機上升或下降時控制機首往上或向下做俯仰運動。另外在垂直尾翼的部分則有一個方向舵( rudder),此方向舵不但控制飛機的飛行方向,同時在飛機轉彎時幫忙輔助,在引擎故障時負責維持方向。

機身截面呈現近似圓形,這是能夠保持機身的最佳形狀,並也能將阻力降到最小,可說是一石二鳥的設計。由於飛機不只是在改變方向時會需要增加推進力,也必須思考因為機內外的氣壓差而產生的力量。因此,圓形是對抗此力量,保護機身結構的最佳選擇。深海潛水艇「深海6500」的耐壓殼(船艙)為了能承受680氣壓的水壓,它的形狀也是接近正圓的球形。

每個物件的形狀都是為了能更好適應其生存的環境,飛機的形狀也不例外,達到了性能最優化。大家對飛機的形狀有什麼突發奇想的建議嗎?歡迎在本文下方留言討論。

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