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公务机为什么比民用客机飞的更高?

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有两个重要原因决定了公务机可以比民用客机飞的更高,

一个原因是,公务机的发动机工作高度,比民用客机的发动机工作高度更高。

另一个原因是,公务机的机身结构强度比民用客机的机身结构强度更大。


维护中的发动机

上图绿色箭头是进气道,蓝色箭头是风扇段整流罩,红色箭头是“C ”形函道。


拆卸掉6片风扇叶片的发动机

上图绿色部分是外函道,红色部分是内函道,蓝色部分是风扇叶片法兰盘,还有6片风扇叶片已经拆掉。


飞机发动机构造图

红色是风扇叶片,黄色是低压压气机,绿色是高压压气机,蓝色是高压涡轮,白色是低压涡轮,橘色是环形燃烧室。

第一,公务机的发动机比民用客机的发动机具备更高的“工作高度”!

现在的公务机、中大型民用客机所使用的发动机都是“涡轮喷气式、涡轮风扇式、涡轮螺旋桨式”发动机!所谓的“涡轮”表述的是:石化能量转变成机械动力的装置!即剧烈燃烧后的高温、高压气体,先“吹动”高压涡轮,再“吹动”低压涡轮,高压涡轮带着高压压气机转动,低压涡轮带着低压压气机转动,这样才能满足和维持发动机“自身运转”的需求!

低压涡轮还同时带动风扇叶片或螺旋桨转动,以获得推力或拉力!低压压气机和高压压气机的功用就是压缩空气,与汽车的“涡轮增压”类似,所以,公务机、民用中大型客机的发动机没有“自然吸气式”的发动机,全部都是自带“增压装置”的发动机!

低压压气机和高压压气机“被”涡轮带动,把外界自然空气压缩,以获得“达到设计要求”的高温、高压气体,再“流动”到环形燃烧室,和经过“计量、控制”的航空煤油混合,形成“油、气混合物”,被“点火电嘴”点火,剧烈燃烧!剧烈燃烧形成更高温度、更大压力的热气流,热气流“吹动”两级涡轮,最后,或通过尾喷口、或通过风扇叶片、或通过螺旋桨,产生“作用力与反作用力”!形成拉力或推力——或拉着、或推着飞机向前运动。

压缩外界空气是为了得到更大浓度的氧气,以供应发动机燃烧和乘客呼吸!

低、高压压气机把外界空气加压的能力越大,其压缩比就越大,亦表示可以把“更大量”的空气进行压缩,也就可以把“更稀薄”的空气压缩到燃烧所要的浓度!这样的发动机的工作高度就越高,飞机也才可以飞的更高!

商务飞机的发动机比中、大型民用客机的发动机的工作高度要高,所以,商务飞机比民用客机飞行高度更高。 第二,机身结构强度的比较


上图显示,从海平面到12公里(12000米)高空是对流层,对流层里不仅有大量的水平方向的空气对流,还有很多垂直方向的空气流动,所以,地球上才会有风、霜、雨、雪、电闪、雷鸣等各种气候现象。但是,随着高度的升高,各种气候现象的强度逐渐在降低!

再往上12公里——55公里范围就是平流层。平流层内“水平方向空气”活动平稳,垂直方向的空气活动非常少,能见度很好,各种复杂的天气现象极少。

综上两点,对流层的上部区域与平流层的底部区域是民用中、大型飞机和公务机比较理想的“巡航”飞行高度!

大气层还有以下因素与飞机有关系,大气压力、大气层各种气体的含量、不同海拔高度的温度。

不同海拔高度,氧气含量、大气压力亦不同。

1,地球上的大气层是有压力的,称为大气压力!从海平面开始,随着海拔高度的逐渐升高,大气压力越来越低,

上图显示,海平面处大气压是101.2Kpa,9000米高空大气压是30.7Kpa,即9000米高空的大气压力大约只有海平面的30%左右。

2,大气层空气中各种气体的含量比例:氮(N2)约占78%,氧(O2)约占21%,稀有气体约占0.939%(氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn),二氧化碳(CO2)约占0.031%,还有其他气体和杂质约占0.03%。

尤其是其中的氧气含量,直接影响着飞机发动机的工作状况和乘客的生存状况。

亦是上图显示,海平面处氧气含量是299.3克/立方米,9000米高空氧气含量是92.54克/立方米。换一个说法:海平面深吸一口气吸入的氧气量,在9000米高空需要深吸三口气才能达到!

3,在对流层内,大气温度随着海拔高度的升高而降低!大约是海拔每升高1000米,温度降低6摄氏度。测试的结果是万米高空的温度大约是零下50度左右(—50°)。

综合以上3点因素说明:万米高空人类无法生存!因此,公务机、民用客机客舱需要增加“压力”!以提高氧气含量,同时还需要把客舱温度保持在摄氏20度——30度之间,为乘客营造良好的生存环境! 民用客机的“空调系统和客舱增压系统”是“交织和混合”在一起的!它俩共同工作,为客舱提供合适的温度、合适的压力、合适的氧气含量

增加压力的办法就是:分别从飞机发动机的“低压压气机”与“高压压气机”处“引气”(或者称为抽气)!“引出的气体”是高温、高压的热空气并且分成两路,其中一路通过飞机空调系统的“散热器和空气涡轮”,将这一部分高温高压的空气降温、减压成冷气,再将降温、减压后的冷气与另一路热空气在“混合总管”内混合,以得到20摄氏度(20°)——30摄氏度(30°)的空气,供给驾驶舱和客舱!

驾驶员可以通过“温度控制旋钮”控制飞机空调的气体温度!

民用客机通过空调系统不间断的给客舱内供气,机舱内的压力就会不断增大!当达到规定的压力时,通过飞机的“后溢流活门”,把多余的气体放掉,从而使客舱压力保持在规定范围内!

飞机机舱的增压过程是一个“全过程的动态平衡”!空调不间断的供气,后溢流活门不停的放气,供气量是衡定的并且是不间断的!保持规定的客舱压力是依靠“后溢流活门”的开度大小来控制排出气体的流量!后溢流活门开度关小,客舱压力就慢慢增大;后溢流活门开度开大,客舱压力就慢慢减小。

后溢流活门的开度大小由控制器操控电动马达实现!其控制器操控方式又分两种:人工模式和自动模式。人工模式由飞行员手动旋转电门,控制器操控后溢流活门开大或关小;自动模式由飞行员设置,然后控制器自动检测客舱内的压力大小,再由控制器自动操控后溢流活门开大或关小,其操控过程无需飞行员插手,只需要飞行员监控即可。

飞机机舱每一个航段都要进行增加压力、保持压力、减少压力的工作!起飞时飞机高度愈来愈高,外界大气压力就愈来愈低,飞机机舱内的压力也会慢慢降低,当飞机爬升到2000米高度时,客舱内的压力、氧气含量均会降低到相当于海平面处80%的水平!随后,飞机继续爬升,而客舱内的压力、氧气含量都不再降低,将继续保持在“2000米高、海平面80%”的水平。在万米高空巡航时、下降重新到达2000米高度之前,客舱内的压力、氧气含量均保持在“2200米高、水平面80%“的水平!这样乘客才能舒适、安全的生存。

由于客舱需要保持在“2000米高、水平面80%”的水平,所以,飞机机身就必须承受规定量的“压力差”!当“压力差”超过规定量,客舱结构就会受损,因此,客舱结构承受“压力差”的大小,决定了飞机巡航高度的高与低,即承受的压力差越大,巡航高度就越高!


大气压力、氧气含量与海拔高度示意图

我们参考上图,做一下简单的推算。

1个标准大气压=760mm汞柱=76cm汞柱=1.01325×10^5Pa=10.339m水柱。 1个标准大气压=14.7磅力/平方英寸(psi)

上图显示海平面的大气压力是14.7PSI (101.3KPa);

2000米高度的大气压力大约是11.5PSI (78.9KPa );

9000米高度的大气压力大约是4.5PSI (30.7KPa );

15000米高度的大气压力大约是1.76PSI (12.03KPa );

可以看出,民用客机9000米高空压力与2000米客舱压力之差是7PSI (48.2KPa )。 商务客机15000米高空压力与2000米客舱压力之差是9.74PSI (66.87KPa ) 由以上的分析,公务机的机身结构需要承受更大的压力差!

据资料显示,公务机为了提高舒适性,把客舱压力设定在1500米左右!那么,其机身结构承受的压差就更大了!

综合以上分析,两个基本要求:发动机的工作高度、机身结构强度,决定了公务机可以飞的更高!

加关注,可以了解更多的关于飞机的那些事情!而且还是靠谱的那些事!

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