有兩個重要原因決定了公務機可以比民用客機飛的更高,
一個原因是,公務機的發動機工作高度,比民用客機的發動機工作高度更高。
另一個原因是,公務機的機身結構強度比民用客機的機身結構強度更大。
維護中的發動機
上圖綠色箭頭是進氣道,藍色箭頭是風扇段整流罩,紅色箭頭是“C ”形函道。
拆卸掉6片風扇葉片的發動機
上圖綠色部分是外函道,紅色部分是内函道,藍色部分是風扇葉片法蘭盤,還有6片風扇葉片已經拆掉。
飛機發動機構造圖
紅色是風扇葉片,黃色是低壓壓氣機,綠色是高壓壓氣機,藍色是高壓渦輪,白色是低壓渦輪,橘色是環形燃燒室。
第一,公務機的發動機比民用客機的發動機具備更高的“工作高度”!現在的公務機、中大型民用客機所使用的發動機都是“渦輪噴氣式、渦輪風扇式、渦輪螺旋槳式”發動機!所謂的“渦輪”表述的是:石化能量轉變成機械動力的裝置!即劇烈燃燒後的高溫、高壓氣體,先“吹動”高壓渦輪,再“吹動”低壓渦輪,高壓渦輪帶着高壓壓氣機轉動,低壓渦輪帶着低壓壓氣機轉動,這樣才能滿足和維持發動機“自身運轉”的需求!
低壓渦輪還同時帶動風扇葉片或螺旋槳轉動,以獲得推力或拉力!低壓壓氣機和高壓壓氣機的功用就是壓縮空氣,與汽車的“渦輪增壓”類似,所以,公務機、民用中大型客機的發動機沒有“自然吸氣式”的發動機,全部都是自帶“增壓裝置”的發動機!
低壓壓氣機和高壓壓氣機“被”渦輪帶動,把外界自然空氣壓縮,以獲得“達到設計要求”的高溫、高壓氣體,再“流動”到環形燃燒室,和經過“計量、控制”的航空煤油混合,形成“油、氣混合物”,被“點火電嘴”點火,劇烈燃燒!劇烈燃燒形成更高溫度、更大壓力的熱氣流,熱氣流“吹動”兩級渦輪,最後,或通過尾噴口、或通過風扇葉片、或通過螺旋槳,産生“作用力與反作用力”!形成拉力或推力——或拉着、或推着飛機向前運動。
壓縮外界空氣是為了得到更大濃度的氧氣,以供應發動機燃燒和乘客呼吸!低、高壓壓氣機把外界空氣加壓的能力越大,其壓縮比就越大,亦表示可以把“更大量”的空氣進行壓縮,也就可以把“更稀薄”的空氣壓縮到燃燒所要的濃度!這樣的發動機的工作高度就越高,飛機也才可以飛的更高!
商務飛機的發動機比中、大型民用客機的發動機的工作高度要高,所以,商務飛機比民用客機飛行高度更高。第二,機身結構強度的比較
上圖顯示,從海平面到12公裡(12000米)高空是對流層,對流層裡不僅有大量的水平方向的空氣對流,還有很多垂直方向的空氣流動,所以,地球上才會有風、霜、雨、雪、電閃、雷鳴等各種氣候現象。但是,随着高度的升高,各種氣候現象的強度逐漸在降低!
再往上12公裡——55公裡範圍就是平流層。平流層内“水平方向空氣”活動平穩,垂直方向的空氣活動非常少,能見度很好,各種複雜的天氣現象極少。
綜上兩點,對流層的上部區域與平流層的底部區域是民用中、大型飛機和公務機比較理想的“巡航”飛行高度!
大氣層還有以下因素與飛機有關系,大氣壓力、大氣層各種氣體的含量、不同海拔高度的溫度。
不同海拔高度,氧氣含量、大氣壓力亦不同。
1,地球上的大氣層是有壓力的,稱為大氣壓力!從海平面開始,随着海拔高度的逐漸升高,大氣壓力越來越低,
上圖顯示,海平面處大氣壓是101.2Kpa,9000米高空大氣壓是30.7Kpa,即9000米高空的大氣壓力大約隻有海平面的30%左右。
2,大氣層空氣中各種氣體的含量比例:氮(N2)約占78%,氧(O2)約占21%,稀有氣體約占0.939%(氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn),二氧化碳(CO2)約占0.031%,還有其他氣體和雜質約占0.03%。
尤其是其中的氧氣含量,直接影響着飛機發動機的工作狀況和乘客的生存狀況。亦是上圖顯示,海平面處氧氣含量是299.3克/立方米,9000米高空氧氣含量是92.54克/立方米。換一個說法:海平面深吸一口氣吸入的氧氣量,在9000米高空需要深吸三口氣才能達到!
3,在對流層内,大氣溫度随着海拔高度的升高而降低!大約是海拔每升高1000米,溫度降低6攝氏度。測試的結果是萬米高空的溫度大約是零下50度左右(—50°)。
綜合以上3點因素說明:萬米高空人類無法生存!因此,公務機、民用客機客艙需要增加“壓力”!以提高氧氣含量,同時還需要把客艙溫度保持在攝氏20度——30度之間,為乘客營造良好的生存環境!民用客機的“空調系統和客艙增壓系統”是“交織和混合”在一起的!它倆共同工作,為客艙提供合适的溫度、合适的壓力、合适的氧氣含量增加壓力的辦法就是:分别從飛機發動機的“低壓壓氣機”與“高壓壓氣機”處“引氣”(或者稱為抽氣)!“引出的氣體”是高溫、高壓的熱空氣并且分成兩路,其中一路通過飛機空調系統的“散熱器和空氣渦輪”,将這一部分高溫高壓的空氣降溫、減壓成冷氣,再将降溫、減壓後的冷氣與另一路熱空氣在“混合總管”内混合,以得到20攝氏度(20°)——30攝氏度(30°)的空氣,供給駕駛艙和客艙!
駕駛員可以通過“溫度控制旋鈕”控制飛機空調的氣體溫度!
民用客機通過空調系統不間斷的給客艙内供氣,機艙内的壓力就會不斷增大!當達到規定的壓力時,通過飛機的“後溢流活門”,把多餘的氣體放掉,從而使客艙壓力保持在規定範圍内!
飛機機艙的增壓過程是一個“全過程的動态平衡”!空調不間斷的供氣,後溢流活門不停的放氣,供氣量是衡定的并且是不間斷的!保持規定的客艙壓力是依靠“後溢流活門”的開度大小來控制排出氣體的流量!後溢流活門開度關小,客艙壓力就慢慢增大;後溢流活門開度開大,客艙壓力就慢慢減小。
後溢流活門的開度大小由控制器操控電動馬達實現!其控制器操控方式又分兩種:人工模式和自動模式。人工模式由飛行員手動旋轉電門,控制器操控後溢流活門開大或關小;自動模式由飛行員設置,然後控制器自動檢測客艙内的壓力大小,再由控制器自動操控後溢流活門開大或關小,其操控過程無需飛行員插手,隻需要飛行員監控即可。
飛機機艙每一個航段都要進行增加壓力、保持壓力、減少壓力的工作!起飛時飛機高度愈來愈高,外界大氣壓力就愈來愈低,飛機機艙内的壓力也會慢慢降低,當飛機爬升到2000米高度時,客艙内的壓力、氧氣含量均會降低到相當于海平面處80%的水平!随後,飛機繼續爬升,而客艙内的壓力、氧氣含量都不再降低,将繼續保持在“2000米高、海平面80%”的水平。在萬米高空巡航時、下降重新到達2000米高度之前,客艙内的壓力、氧氣含量均保持在“2200米高、水平面80%“的水平!這樣乘客才能舒适、安全的生存。
由于客艙需要保持在“2000米高、水平面80%”的水平,所以,飛機機身就必需承受規定量的“壓力差”!當“壓力差”超過規定量,客艙結構就會受損,因此,客艙結構承受“壓力差”的大小,決定了飛機巡航高度的高與低,即承受的壓力差越大,巡航高度就越高!
大氣壓力、氧氣含量與海拔高度示意圖
我們參考上圖,做以下簡單的推算。
1個标準大氣壓=760mm汞柱=76cm汞柱=1.01325×10^5Pa=10.339m水柱。1個标準大氣壓=14.7磅力/平方英寸(psi)上圖顯示海平面的大氣壓力是14.7PSI (101.3KPa);
2000米高度的大氣壓力大約是11.5PSI (78.9KPa );
9000米高度的大氣壓力大約是4.5PSI (30.7KPa );
15000米高度的大氣壓力大約是1.76PSI (12.03KPa );
可以看出,民用客機9000米高空壓力與2000米客艙壓力之差是7PSI (48.2KPa )。商務客機15000米高空壓力與2000米客艙壓力之差是9.74PSI (66.87KPa )由以上的分析,公務機的機身結構需要承受更大的壓力差!據資料顯示,公務機為了提高舒适性,把客艙壓力設定在1500米左右!那麼,其機身結構承受的壓差就更大了!
綜合以上分析,兩個基本要求:發動機的工作高度、機身結構強度,決定了公務機可以飛的更高!
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