坐過飛機的人應該都注意到,飛機起飛後剛開始會大速度爬升,一段時間後卻緩慢爬升。這是什麼原理呢?今天就來聊聊這個話題。
我們知道,飛機能夠起飛主要是利用升力,雖然發動機可以產生推力,而這個推力主要是賦予飛機機翼產生升力效應。飛機的機翼下翼面近似一個平面,上翼面是弧形的,也就是機翼曲率。發動機推動飛機滑跑時,空氣經過機翼產生上下兩股氣流,下氣流由於機翼下翼面是平的,因此氣流流速慢,壓強大,而上翼面由於有曲率,氣流會發散,流速快,壓強小。力都是作用力反作用力平衡存在的,因此機翼下面的力會向上轉移,這就是升力效應。
客機通常發動機的推重比小,也就是發動機的推力低於飛機的重量,為什麼能飛起來,就是靠機翼產生升力效應。客機在起飛段需要在跑道上滑行,速度越快機翼產生的升力越大,當升力大於飛機的重力時,飛機就起飛了。此時,受地球吸引力的作用客機需要開足馬力才能擺脫地球吸引力。地球吸引力越是接近地面吸引作用越大,飛機需要大馬力爬升,這個階段是飛機最耗油的階段,也是發動機磨損最嚴重的階段。飛機只所以起飛段都是大馬力爬升就是為了擺脫地球吸引力。
客機最佳的飛行高度是萬米以上點,這個高度處於對流層的頂端。對流層是接近地面的這個空氣層,根據地形、緯度不同高度距地面約8~18公裡,對流層空氣氣流擾動嚴重,飛機飛行容易受氣流幹擾,能耗高。平流層氣流穩定,民航客氣通常飛行在平流層面內,這個高度從8公裡左右以上至50公裡左右。民航客機需要保持氧氣由外面供應。因此民航客機通常飛高度都處於對流層和平流層交界處,大型客機會爬升到更高的高度,但基本都處於一萬多米的高度。
民航客機起飛時的動力開到最大,隨著爬升高度越來越高,並不需要始終大油門爬升,會減小油門繼續爬升,主要是飛行平穩性以及油耗和動力磨損的要求,大油門既費油又費發動機。另外進入巡航高度也要有一個逐漸改平的過程,民航客機不像戰鬥那樣機動靈活,也不像戰鬥機那樣活潑,舵效好,客機上是有乘客的,舒適性也是民航客機追求的目標。爬升到一定的高度會改出,減小油門,保持高度進入巡航飛行階段。這個時候民航客機飛行平穩,油耗小,發動機也處於最佳動力狀態。