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也幸虧把飛機的油箱設在了機翼內部,要不然飛機能不能安全降落都是個問題,這聽起來有些扯,可事實上確實如此。別看機翼那麼“薄”,但裡面可裝著幾十噸重的航空煤油。
當年我第一次坐飛機,那是十年以前的事了,當時心裡還有點小激動,畢竟以前經常在電視或者網路上看飛機,真正的乘坐飛機還是第一次,心裡有很大的新鮮感。
感到新鮮的同時,心裡也有著一絲好奇,這麼大的飛機,它的油箱在哪裡呢?
後來經過一番瞭解,我才明白,飛機油箱安裝的位置,有些出人意料。
一般情況下,飛機大致可分為三個油箱,即中央油箱、左側油箱和右側油箱。
中央油箱的位置在飛機的腹部,說白了就是飛機的肚子上;左右兩個油箱分別放在飛機的左右兩個機翼上了。
看到這裡大家是不是會感到好奇,中央油箱的位置大家可以理解,可為什麼飛機的兩個機翼也要安置油箱呢?機翼那麼薄,能承受住裡面的燃油麼?
下面,咱們一同探討一下這兩個問題。
咱們先來了解一下,飛機機翼那麼“薄”,為什麼能夠承受幾十噸的燃油關於這個問題,咱們得先了解一下機翼的結構。
機翼的主要構件包含了翼肋、翼梁、桁條和蒙皮,都是由質量輕、韌度強的複合材料製成,讓機翼有著抵抗扭矩和變形的能力。
由於機翼內部有著成百根骨架支撐著,機翼內的燃油就算再多也不會對機翼造成影響。
而且,工程師在設計飛機的時候已經完全考慮到了這一點。他們會對機翼的重量、整架飛機的重量、機翼的承載能力進行精密的計算,並且進行上百次的實驗,從而保證機翼的可靠性。
機翼看起來“薄”,那是和整架飛機相比,讓人有一種視覺上的錯覺。事實上,機翼內部的高度是十分大的。一般的民航客機,機翼的內部的高度普遍超過1米,有的甚至能夠接近2米的高度。
飛機的油箱為什麼要裝在機翼裡飛機的油箱安裝在機翼裡,是有著成熟的設計考慮的,主要原因有以下幾點。
1、充分的利用空間,保證飛機載客量
飛機雖然看起來挺龐大,但它裡面裝的東西也不少。雷達、起落架、各種電線電纜、各種儀器裝置等等,光它們就已經佔用了一部分空間。
最主要的是,飛機上都是滿滿的座位,還有堆放行李的行李艙,這些地方佔用的空間都挺大的。
這些林林總總的東西加起來後,飛機上能安裝油箱的位置可就不多了。如果把油箱都安放在機身上,就要減少飛機載客的數量,這樣的話航空公司肯定不願意,畢竟飛一趟的成本挺高,要是再減少飛機的載客量,那航空公司不得虧死。
把油箱安裝在機翼上,這就比較妥當了,既不會佔用機身的空間,又能增加飛機的航程。
2、為了保證飛機飛行時的安全
相比於滾圓的機身,飛機的機翼被設計的又扁又長,這麼設計的原因是為了讓飛機能夠更好的上升。
飛機在上升的過程中,機翼會受到來自向上的升力,這種向上的升力會讓機翼產生較大的彎曲。當作用在機翼的升力超過機翼承受能力的時候,就會出現損傷機翼的情況。
為了保證飛機上乘客的安全,油箱就會被安放在機翼裡,這樣就可以給機翼提供一個向下的重力,可以抵消一部分上升的升力,減輕機翼結構的受力。
關於這一點,飛機停在地面的時候或許不那麼明顯,但飛機在萬米高空飛行或者爬升的時候就顯得格外的重要。
3、保持飛機的重心平衡
試想一下,如果油箱沒有安裝在機翼上,而是從機頭到機尾一字排開安裝在飛機的腹部,那會怎麼樣呢?
在飛機滿油的情況下或許看不出什麼問題,但是當飛機飛行一段時間後,隨著燃油的消耗,就會讓機頭或機尾內燃油分佈不均勻,導致整架飛機的重心發生偏移。要麼頭重腳輕,要麼腳輕頭重。
把油箱安裝在機翼上就不會出現這種情況了,機翼的位置本來就在飛機中間的部位,無論機翼內的燃油如何消耗,都不會讓飛機的重心發生偏移。
4、防止機身燃燒
相比於機身腹部的油箱,機翼內的油箱距離地面更高,這一點在平時或許看不出什麼,但是當飛機出現意外情況,需要緊急迫降的時候顯得尤為重要。
飛機在迫降的時候,可能會出現飛機腹部與地面產生劇烈的摩擦,從而導致機身起火或者爆炸。飛機腹部的油箱距離載客區那麼近,很容易波及到飛機上的乘客。
這時候,把油箱安置在機翼上的好處就體現出來了。
一是機翼距離地面的高度要高一些,不容易出現摩擦起火的情況;二是,就算機翼內的油箱失火,那麼機翼到機身還有一定的距離,這就給飛機上乘客逃生提供了時間。
機翼內的燃油會不會隨著飛機來回晃動,從而影響飛機的平衡性其實這一點工程師們早已經考慮到了,並且很好的解決了這一問題。
機翼在製造的時候,從翼根到翼尖不是完全通透了,機翼的內部有著很多的隔板,這些隔板將機翼內的油箱分隔開來,形成一個個小的燃油儲藏室。
這些燃油儲藏室也並不是完全封閉的,相互之間留了一個可以供人鑽過去的洞口。這些洞口的存在,既可以讓燃油流到其它的艙室,又不會流的太快影響飛機的平衡,避免了飛機晃動的問題。
為什麼飛機在降落之前會放掉一部分燃油其實並不是所有飛機在降落前會釋放燃油的,而是飛機在遇到一些意外情況後不得不放油。
一般在兩種情況下飛機會釋放掉一部分的燃油。
首先,飛機剛起飛不久後,因為突發意外情況需要緊急降落。這個時候飛機上還有著大量的燃油沒有使用,如果攜帶著這些燃油一同降落的話,飛機整體的重量會超過飛機最大著陸量,飛機的著陸架在觸地的瞬間會被折斷,影響乘客的安全。
其次,飛機在即將到達目的地的時候,發現著陸架失靈,這時候飛機就要做好迫降的準備了。飛機迫降就會造成機身與地面進行摩擦,如果這時候飛機內還有大量燃油,就會造成失火。
那麼,被飛機放掉的油去了哪裡呢?
其實每個機場周圍都有著放油區,這些放油區遠離人群密集的地方。飛機會在指定的放油區進行放油,被放掉的油有一部分在空中就已經揮發掉了,沒有揮發的燃油也會落在指定的放油區內,不會對地面人員造成影響。
說在最後飛機的機翼看起來“薄”,其實那是和整架飛機在一起,要是把機翼單獨拆下來放在面前,機翼大得超乎想象。
飛機最為目前最快的交通工具,又是在萬米高空飛行,肯定要考慮到方方面面的問題。不但要保證最大的載客量,還要確保飛機在飛行時的安全,又要合理的利用飛機上的每一處空間。
綜合考慮之下,飛機的油箱安裝在機翼上確實是最好的選擇。
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飛機的油箱在機翼裡的原因是機體已經沒有空間可供安裝油箱了,如果把油箱安裝在了機體裡,那麼機體裡可利用的空間就被佔用了,而空蕩蕩的機翼空間就會被白白浪費掉。
因為不論是軍用飛機還是民用飛機,機體空間是十分寶貴的,如果把油箱安裝在在機體裡,有效載荷就會因為油箱的佔用而失去安裝/掛載空間。
比如說轟戰機,如果油箱安裝在機體裡,那彈倉可掛載的炸彈數量就會大大減少,以俄製圖-95轟炸機為例,它的最大載油量為84.4噸,最大載彈量為15噸。
84.4噸的燃油需要佔用100.43立方米的空間,如果把這些燃油全部塞進機體裡,那麼機體空間就會被佔用36%,剩下的74%的空間還要擠出22%來容納機載裝置。
這就意味著可用來安裝炸彈的空間就只剩下了52%,而如此之小的空間無論如何是容納不下15噸炸彈的,所以油箱是萬萬不能安裝在機體裡的。
下圖為中中國產轟炸機轟-6的彈倉,地勤人員正在檢查500公斤航空炸彈掛載情況,飛機的機體空間是十分寶貴的,油箱不能佔用這些有限的空間。
戰鬥機、運輸機、客機甚至是偵察機都不能將油箱安裝在機體裡,否則空間都會像轟炸機那樣被大量佔用,因此機翼空間成為油箱安裝的最佳位置和選擇。
那麼問題就來了:看似很薄的機翼是如何能容納大量燃油的呢?油箱會不會因此壓斷機翼呢?
在解答這個問題之前我們需要好好了解一下固定翼飛機的機翼,我們都知道飛機起飛的升力來自於機翼,即當機翼下方的升力大於機翼上方的阻力時,飛機就獲得了飛行所需的升力。
這表示飛機一旦升空離地,機體的所有重量都將全部由機翼承擔,所以飛機的機翼需要很高很高的強度,必須具備承受飛機最大起飛重量的能力。
如何才能讓機翼具備這樣的能力或者說強度呢?答案就是增強機翼設計,具體方法就是使用高強度輕質合金鋼製作一個龍骨框架,使機翼強度大大提高。
這樣的設計也被應用到起重機吊臂、行車大梁、汽車大梁等等,以俄製安-225超大型運輸機為例,它的機翼強度相當於一座200噸級鋼結構橋樑,可以承受800噸載荷!
下圖為正在裝配中的A380客機機翼,如果圖中工人的身高為1.7米,那麼機翼的厚度就超過了2米,如此巨大的空間當然最合適用來安裝油箱了。
那麼新問題就產生了:既然機翼強度如此之高,那為什麼看起來卻十分單薄呢?
事實上機翼為了增加強度,設計結構是非常非常厚實的,只是為了降低空氣阻力而設計成流線型,因此從視覺上看起來就感覺“薄”了。
比如說美製C-5戰略運輸機的機翼最大厚度tmax與弦長c之比達到了18%,最厚處約為1.43米,可承受近500噸的重量,最大載油量達到150噸。
可見飛機的機翼其實就是一座鋼結構橋樑,在裡面放上百十噸燃油毫無壓力,再加上龍骨空心結構設計,這些多餘出來的空間正好用來容納燃油,這是最科學的設計。
下圖為機翼處於摺疊狀態下的艦載戰鬥機,摺疊機翼是結構最複雜的固定翼機翼結構,儘管如此,這樣的機翼仍然需要安裝油箱。