【简介:】本篇文章给大家谈谈《机场跑道加热》对应的知识点,希望对各位有所帮助。本文目录一览:
1、机场跑道除冰方式有哪几种
2、世界上飞机跑道有电加热吗?
3、飞机是靠什么原理飞
本篇文章给大家谈谈《机场跑道加热》对应的知识点,希望对各位有所帮助。
本文目录一览:
- 1、机场跑道除冰方式有哪几种
- 2、世界上飞机跑道有电加热吗?
- 3、飞机是靠什么原理飞起来的?飞机的发动机是什么原理?
- 4、机场上都是水泥跑道,为什么航母甲板就不能铺沥青和水泥?
- 5、协和式飞机的技术特点
- 6、欧洲在燃烧,上千人死亡!机场跑道熔化,未来极端高温是否会更加强烈频繁?
机场跑道除冰方式有哪几种
机械除冰(人海战术:铁锹、冰铲等或机械设备)
化学除冰(道面融冰液、盐、化肥等)
加热除冰(热吹车或道面加热)
冬季还可以使用沙子加水撒布在道面上,冻结后使道面表面形成"沙纸"表面一样
世界上飞机跑道有电加热吗?
飞机是现代交通运输方式,是第一种,唉,具有速度快的特点,目前世界上的飞机跑道一般还没有电加热这种房
飞机是靠什么原理飞起来的?飞机的发动机是什么原理?
飞机是由动力装置产生前进动力,由固定机翼产生升力,在大气层中飞行的重于空气的航空器。它比空气重,又不能像鸟那样扇动翅膀,但是飞机却能升入空中。原来飞机机翼并不是平平伸展的,而是向上凸起一些,这样当飞机水平前进时,迎面而来的气流就在机翼上产生向上的升力,使飞机升入空中。飞机飞行速度越快、机翼面积越大,所产生的升力就越大,所以飞机在起飞前需要在机场跑道上行进一段距离才能升空,而且飞机不能飞到没有空气的地方。
早期的飞机靠机身前端的螺旋桨旋转产生牵引力向前运动。螺旋桨产生的牵引力不大,飞机飞行的速度也不快。1939年8月27日,第一架喷气式飞机飞行成功,大大提高了飞机的飞行速度。喷气发动机是把吸入的空气压缩,再与燃料混合燃烧,形成高温高压气体向后喷出,产生强大的推动力,使飞机高速飞行。
现在,飞机的飞行速度可以几倍于声音在空气中传播的速度(每秒340米),驾驶这样的飞机,只需十几个小时就能环绕地球赤道一周,这样的飞机叫做超音速飞机。制造超音速飞机不仅需要先进的喷气发动机,还需要在飞机的制造材料、飞机的外形设计等方面达到很高的要求,是一项非常复杂的技术。现在,除了先进的战斗机、侦察机外,一些大型的客机也是超音速飞机。不过,螺旋桨飞机并没有被淘汰,在许多不需要高速度飞行的工作中(如喷洒农药、森林防火),螺旋桨飞机仍发挥着重要的作用 。喷气发动机原理及若干工作方式
喷气推进原理
气推进是伊萨克·牛顿(Isaac Newton)爵士的第三运动定律的实际应用。该定律表述为:“作用在一物体上的每一个力都有一方向相反大小相等的反作用力。”就飞机推进而言,“物体”是通过发动机时受到加速的空气。产生这一加速度所需的力有一大小相等方向相反的反作用力作用在产生这一加速度的装置上。喷气发动机用类似于发动机/螺旋桨组合的方式产生推力。二者均靠将大量气体向后推来推进飞机,一种是以比较低速的大量空气滑流的形式,而另一种是以极高速的燃气喷气流形式。
这一同样的反作用原理出现于所有运动形式之中,通常有许多应用方式。喷气反作用最早的著名例子是公元前120年作为一种玩具生产的赫罗的发动机。这种玩具表明从喷嘴中喷出的水蒸气的能量能够把大小相等方向相反的反作用力传给喷嘴本身,从而引起发动机旋转。类似的旋转式花园喷灌器是这一原理更为实用的一个例子。这种喷灌器借助于作用于喷水嘴的反作用力旋转。现代灭火设备的高压喷头是“喷流反作用”的一个例子。由于水喷流的反作用力,一个消防员经常握不住或控制不了水管。也许,这一原理的最简单的表演是狂欢节的气球,当它放出空气或气体时,它便沿着与喷气相反的方向急速飞走。
喷气反作用绝对是一种内部现象。它不象人们经常想象的那样说成是由于喷气流作用在大气上的压力所造成的。实际上,喷气推进发动机,无论火箭、冲压喷气、或者涡轮喷气,都是设计成加速空气流或者燃气流并将其高速排出的一种装置。当然,这样做有不同的方式。但是,在所有例子中,作用在发动机上的最终的反作用力即推力是与发动机排出的气流的质量以及气流的速度成比例的。换言之,给大量空气附加一个小速度或者给少量空气一个大速度能提供同样的推力。实用中,人们喜欢前者,因为降低喷气速度能得到更高的推进效率。
喷气推进的几种方式
不同类型的喷气发动机,无论冲压喷气、脉冲喷气、燃气轮机、涡轮/冲压喷气或者涡轮-火箭,其差别仅在于“推力提供者”即发动机供应能量并将能量转换成飞行动力的方式。
冲压喷气发动机实际上是一种气动热力涵道。它没有任何主要旋转零件,只包含一个扩张形进气涵道和一个收敛形或者收敛-扩张形出口。当由外部能源强迫其向前运动时,空气被迫进入进气道。当它流过这一扩散形涵道时,其速度或动能降低,而压力能增加。尔后,靠燃油的燃烧来增加其总能量,膨胀的燃气通过出口涵道高速排入大气。冲压喷气发动机常作为导弹和靶机的动力装置,但单纯的冲压喷气发动机不适于作为普通飞机动力装置,因为在它产生推力前,要求向它施加向前的运动。
脉冲喷气发动机采用间歇燃烧原理。与冲压喷气发动机不同,它能在静止状态工作。这种发动机是由类似冲压喷气发动机的一种空气动力涵道构成。它的压力较高,结构比较坚实。进气涵道有许多进气“活门”,在弹簧拉力作用下处于打开位置,通过打开的活门空气进入燃烧室,并靠燃烧喷入燃烧室中去的燃油得到加热,由此引起的膨胀使压力升高,迫使活门关闭,然后膨胀的燃气向后喷出;排气造成降压,使活门重新开启。这种过程周而复始。脉冲喷气发动机曾经被设计成直升机旋翼的推进装置,有的还通过精心设计涵道来控制共振循环的压力变化而省去了进气活门。但脉冲喷气发动机不适于作为飞机动力装置,因为它的油耗高,又无法达到现代燃气涡轮发动机的性能。
火箭发动机虽然也属于喷气发动机,但它们有重大区别。即火箭发动机不用大气作为推进流体,而用它携带的液态燃料或化学分解而形成的燃料与氧气剂的燃烧来产生它自己的推进流体,从而能在地球大气层外工作,但因此它也只适用工作时间很短的情况.
涡轮喷气式发动机应用于喷气推进避免了火箭和冲压喷气发动机固有的弱点,因为采用了涡轮驱动的压气机,因此在低速时发动机也有足够的压力来产生强大的推力。涡轮喷气发动机按照“工作循环”工作。它从大气中吸进空气,经压缩和加热这一过程之后,得到能量和动量的空气以高达2000英尺/秒(610米/秒)或者大约1400英里/小时(2253公里/小时)的速度从推进喷管中排出。在高速喷气流喷出发动机时,同时带动压气机和涡轮继续旋转,维持“工作循环”。涡轮发动机的机械布局比较简单,因为它只包含两个主要旋转部分,即压气机和涡轮,还有一个或者若干个燃烧室。然而,并非这种发动机的所有方面都具有这种简单性,因为热力和气动力问题是比较复杂的。这些问题是由燃烧室和涡轮的高工作温度、通过压气机和涡轮叶片而不断变化着的气流、以及排出燃气并形成推进喷气流的排气系统的设计工作造成的。
飞机速度低于大约450英里/小时(724公里/小时)时,纯喷气发动机的效率低于螺旋桨型发动机的效率,因为它的推进效率在很大程度上取决于它的飞行速度;因而,纯涡轮喷气发动机最适合较高的飞行速度。然而,由于螺旋桨的高叶尖速度造成的气流扰动,在350英里/小时(563公里/小时)以上时螺旋桨效率迅速降低。这些特性使得一些中等速度飞行的飞机不用纯涡轮喷气装置而采用螺旋桨和燃气涡轮发动机的组合 -- 涡轮螺旋桨式发动机。
螺旋桨/涡轮组合的优越性在一定程度上被内外涵发动机、涵道风扇发动机和桨扇发动机的引入所取代。这些发动机比纯喷气发动机流量大而喷气速度低,因而,其推进效率与涡轮螺旋桨发动机相当,超过了纯喷气发动机的推进效率。
涡轮/冲压喷气发动机将涡轮喷气发动机(它常用于马赫数低于3的各种速度)与冲压喷气发动机结合起来,在高马赫数时具有良好的性能。这种发动机的周围是一涵道,前部具有可调进气道,后部是带可调喷口的加力喷管。起飞和加速、以及马赫数3以下的飞行状态下,发动机用常规的涡轮喷气式发动机的工作方式;当飞机加速到马赫数3以上时,其涡轮喷气机构被关闭,气道空气借助于导向叶片绕过压气机,直接流入加力喷管,此时该加力喷管成为冲压喷气发动机的燃烧室。这种发动机适合要求高速飞行并且维持高马赫数巡航状态的飞机,在这些状态下,该发动机是以冲压喷气发动机方式工作的。
涡轮/火箭发动机与涡轮/冲压喷气发动机的结构相似,一个重要的差异在于它自备燃烧用的氧。这种发动机有一多级涡轮驱动的低压压气机,而驱动涡轮的功率是在火箭型燃烧室中燃烧燃料和液氧产生的。因为燃气温度可高达3500度,在燃气进入涡轮前,需要用额外的燃油喷入燃烧室以供冷却。然后这种富油混合气(燃气)用压气机流来的空气稀释,残余的燃油在常规加力系统中燃烧。虽然这种发动机比涡轮/冲压喷气发动机小且轻,但是,其油耗更高。这种趋势使它比较适合截击机或者航天器的发射载机。这些飞机要求具有高空高速性能,通常需要有很高的加速性能而无须长的续航时间。
机场上都是水泥跑道,为什么航母甲板就不能铺沥青和水泥?
一提起航母甲板,几乎所有的军迷都会告诉你要使用高强度钢板,而且全球能制造这种钢板的国家屈指可数!也许有很多朋友都想不明白,陆地上的机场可以用水泥浇筑,为什么航母就不能用了?
航母甲板有什么要求?
二战航母的其它位置基本都是当时能找到的最好钢材(当然除了那些改装的除外)制造的,但甲板很多却都是木材铺装,这是为什么呢?
英国1942型轻舰队航空母舰
因为当时的航母并没有专业优化设计,航母的重心都偏高(美军第一艘航母兰利号就是运煤船改装的),假如再使用大面积钢板,那么重量就会很大,导致航母的重心进一步恶化,而木材则可以避免这个问题!而且二战的螺旋桨战斗机大都只有2-3吨(P40空重2.4吨,起飞一般3吨,零式战斗机1.8吨,满载2.7吨),木材的强度完全可以应付!
圣克鲁斯群岛战役中的零式战机从木质甲板上起飞
另一个是甲板钢板防滑涂料也不够先进,木材可以解决这个问题,还有木材能解决甲板高温的问题等等,而且损坏修补非常容易,因此二战的航母甲板木材是非常流行的,甚至你可以看到,杜立特驾机轰炸东京时起飞的甲板画面,都是一条条的横木,缝隙还挺大!
二战以后,喷气式战斗机开始发展,高空高速暂时占据了主流,舰载战斗机质量越来越重,因此木材的甲板已经不能满足要求,比如喷气式战斗机的尾焰高温问题!而且还有一个问题是战斗机降落时发动机是全开的,因为万一没有勾着阻拦索,飞机必须在航母短短的跑道上起飞复飞!
因此这飞机是直接拍在航母上的,当然这个动作对舰载机整机结构强度和起落架强度极高,陆基战斗机根本不适合降落航母,其实这对航母甲板也极高,强大的冲击力可以直接将木材甲板拍碎,只能将木板换成钢板,而随着伯伊德的能量机动理论占据美军战斗机设计指导,重型舰载战斗机开始登上航母!
格鲁曼F-14“雄猫”
这直接让航母不堪重负的航母甲板雪上加霜,比如F-14舰载战斗机,空载接近20吨,降落时油料和导弹,估计超过21吨(飞行手册最大着舰重量为24吨),最低着舰速度必须大于215千米/小时(空载,轻载时着舰速度大都超过250千米/小时)!
F-18舰载战斗机降落
因此你可以想象一下,超过20吨的战斗机,以250千米/小时(70米/秒)拍在甲板上,请问多高强度的甲板,多少厚度下可以承受这个冲击?当然甲板最好是薄一些,要不然那么重头重脚轻也是个大麻烦!所以航母用水泥甲板直接被排除了。
大家应该都知道鹞式和F-35垂直于短距起飞战斗机,其实还有前苏联的雅克-141垂直/短距起飞战斗机,这些飞机和直升机或者V-22鱼鹰飞机不一样,它们是喷气式发动机,喷口喷流温度很高,假如钢板不耐高温的话,直接就烧化了,或者高温退火后强度大受影响,因此这两项要求,就让绝大部分国家望而却步了!
比如日本僵尸航母“出云”号计划搭载F-35B,最大的麻烦就是甲板耐热问题,F-35B在短距起飞和垂直降落时,尾喷口朝下的,“出云”号的甲板根本没有耐高温能力,因此必须要做加固处理或者使用F-35A,但这个型号使用滑跑起飞,需要改装航母和减少舰载战斗机的数量。
延伸话题:弹射和拦阻索
早期的弹射用的是机械蓄能,后来用的是液压和火药爆炸弹射,再后来发展到蒸汽弹射,当然最近蒸汽弹射也不流行了,大家都玩电磁弹射!这个呢有个说法,美国人的舰载全电驱动用的是中压交流,某国用的是中压直流,两者优劣其实大家都知道,交流变压输电很方便,但舰载交流蓄能很麻烦,需要各种转换装置!
但直流不需要,可以飞轮蓄能,也可以电容蓄能,比较方便!而据说美国航母弹射就在这上面碰到难题了,貌似弹射间隔比较大限制,而且弹射飞机重量也被限制,这让美军情何以堪啊!
当然和弹射相关的还有一个拦阻索,这个看起来很简单,但技术难度很高,美军对这个技术已经非常纯熟,毕竟用了那么多年,但在电磁拦阻索方面据说也碰到了麻烦,电磁拦阻比机械式拦阻要优秀得多,而且还能将机械能转换成电能储存起来,还可以调节拦阻强度。
机械拦阻
不扒这两个玩意儿了,咱不写军事,一笔带过!
跑道强度不够,飞机刨地的案例
机场跑道的长度和宽度以及强度是取决于机场的类型的,比如通航机场和商业机场,或者小型民用机场,又或者军用机场,设计要求都不一样!
大部分机场的建筑材料都是水泥,因此我们看到民用机场都是水泥地面,和水泥路面差不多,当然跑道的要求更高:
跑道除了裂痕和散落清理外,还有一项大家不知道的除胶,这是飞机起落过程中在轮胎接触地的脱落物累积,这会造成摩擦力降低!
跑道除胶
当然这些根据各种要求设计的机场跑道是有起飞和降落飞机型号与重量范围的,如果不按操作规程来,就会发生下面这样的事故!
如果只看这些画面,你肯定会想,谁把这些地砖丢到飞机上去的啊?其实就是飞机自己丢上去的!2014年巴基斯坦的锡亚尔科特国际机场,一架波音737-400飞机被移到了检修螺旋桨飞机的区域,然后发动机全功率开机试车了!
结果就是上图,强大的气流将铺设的地砖直接带起吹的到处都是,瞬间检修就一脸懵逼了!而且机身和水平尾翼都被撞得坑坑洼洼,看来是要大修了!不过好在发动机前方的地砖没有被强大的气流吸入发动机,否则将要更换发动机,甚至可能造成火灾整机烧毁,那就损失惨重了!
所以,飞机跑道能乱用材料吗?飞机随便可以降落吗?要是强度不够,能降得下去,但飞不起来了,因为跑道破裂,甚至起落架折断,不过紧急情况下这种状况总比迫降在田野里要安全哈!
协和式飞机的技术特点
协和式飞机前机身细长,这样既可以获得较高的低速仰角升力,有利于起降,又可以降低超音速飞行时产生的阻力,有利于超音速飞行。协和式飞机由于机头过于细长,飞行员在起降时由于高仰角导致视线会被机头挡住,同时为了改善起降视野,机头设计成可下垂式,在起降时下垂一定的角度,可以往下调5至12度,以便飞机在起飞和降落时,飞行员获得极好的视野,巡航时则转到正常状态。不过庞大的机头角度调整设备占用了飞机的宝贵重量与空间。
协和式超音速客机采用无水平尾翼布局,为了适应超音速飞行,协和式飞机的机翼采用三角翼,机翼前缘为S形。协和式飞机共有四台涡轮喷气发动机。发动机由英国罗尔斯·罗伊斯公司和法国国营航空发动机公司(Rolls-Royce/SNECMA)负责研制。发动机型号为“奥林帕斯”593Mk610涡轮喷气式发动机(Olympus 593)。单台推力169.32千牛(38,000 lbs)。发动机具备了一般在超音速战斗机上才使用的加力燃烧室(后燃器)。 协和式飞机的飞行速度能超过音速的两倍,最大飞行速度可达2.04马赫,巡航高度18000米,巡航速度达到每小时2,150公里。
协和式飞机是1970年代的产品,但电子设备还是比较先进的。特别是在自动飞行方面,协和式飞机能够达到Ⅲ级自动降落和起飞,即协和式飞机完全能按照程序和指令,在无飞行员操纵下自动进行起飞与降落。
由于协和式飞机设计于1960年代,所使用的技术只能代表60年代的技术水平,所以存在着两个重大的缺陷:一个是经济性差。协和式飞机一次可满载95.6吨的燃油,可每小时却要消耗掉20.5吨,耗油率较高。最大油量航程7000多公里,最大载重航程5000公里,由于协和式飞机航程较短,也就是说它只能勉强横跨大西洋飞行,而不能横跨太平洋飞行,这就限制了它的使用范围。协和式飞机标准客座为100,最大客座为140,载客量偏小,运营成本较高。从而降低了它的经济性。二是起落时噪音太大,致使世界上绝大部分国家都不让它起落;而且由于超音速飞行产生的音爆,被限制不得在大陆上空进行超音速飞行。 协和飞机最初的设计主导思想,是立足于1950年代的航空技术水平,避免采用过多未成熟的新技术。但后来在研制过程中发现,超音速客机在空气动力学、飞行控制系统、发动机等方面的技术难度都超过了预期,过分依靠既有技术难以达到预定的性能指标,所以协和飞机的发展过程中也研究、应用了许多新技术,代表了1960年代欧洲航空技术的最高水平,对以后的民航客机发展具有重要影响,但协和飞机的研制时间也因此大大延长。
高速飞行和飞行性能优化: S型前缘双三角翼;电脑控制的可变发动机进气坡度,超音速巡航能力;电传操纵发动机,是今天全权限数字电子控制(Full Authority Digital Electronic Control)发动机的先驱;可下垂式机鼻,以增加着陆时驾驶舱的能见度;减重和提升性能; 2.04马赫的巡航速度能带来最经济的燃油消耗(虽然涡轮喷气发动机于高速时能获得较高的效率,但以2倍马赫速度巡航能面对最低的激波阻力);机体主要材质为铝合金以减轻重量,并以传统的方式建造以避免未知因素带来的风险;全权自动驾驶(autopilot)和自动节流阀(autothrottle),容许飞行员于爬升至着陆期间完全不介入飞行操纵;全电子类比电传操纵飞行控制系统多功能的飞行操纵界面(control surfaces);部件更轻但压力高达28Mpa的高压液压系统传输各项空气动力学数据(包括总压力、静压力、迎角、侧滑等)的数据通道,传感器分布于机身多个位置;全电子控制类比电传制动(brake-by-wire)系统,采用俯仰配平(Pitch trim),燃油可以在各油箱内转移以控制飞机重心和升力中心的相对位置;部分部件以雕刻铣削方式从一整块合金坯料制造成形,以减少零部件数量,同时减轻重量并提高部件强度。 协和飞机的S型前缘细长三角翼的出现,有功于1950年代至1960年代期间超音速空气动力学、旋涡动力学的蓬勃发展,许多理论上的预言已经得到了风洞试验的证实。第二次世界大战后,后掠翼得到了广泛的应用,超音速飞行也成为可能。1950年代初,英国皇家飞机研究院(Royal Aircraft Establishment,RAE)空气动力学部成立了一个研究小组,开始了对超音速客机的初步研究和设计工作。起初研究小组提出过采用后掠翼的方案,但发现这样虽能提高飞行速度,但也产生了一些问题,最主要是降低了飞机的升阻比,起飞着陆距离长。为了改善飞机的低速性能,研究小组甚至讨论过采用可变后掠翼的可行性,但依然存在结构复杂、配平困难等问题。但非常幸运的是,一大批优秀的空气动力学家,例如迪特里希·屈西曼(Dietrich Küchemann)、约翰娜·韦伯(Johanna Weber)、史密斯(J. H. B. Smith)、马斯克尔(E. C. Maskell),当时云集超音速运输飞机委员会(STAC),为协和飞机的细长三角翼作出重要贡献。
这些空气动力学家的研究发现,气流从涡流发生器(例如细长机翼)前缘通过会分离出稳定的漩涡(脱体涡,trapped vortex),高速旋转的气流提高了机翼表面的负压,漩涡强度随迎角增大而增大,产生很大的涡升力(Vortex lift),并在升力线斜率上表现出明显的非线性。这种非线性升力在低速或大迎角状态下更明显,所产生的升力更大。1950年代起,跨声速风洞、超声速风洞成为试验超音速飞机气动性能的最佳途径。在试验中,三角翼的优势越来越明显。在超音速飞行中,三角翼气动阻力小,而机鼻形成的冲击波到达三角翼的大后掠前缘时,会使三角翼产生非常高的气动效率。另一方面,在大迎角飞行时,三角翼的前沿还能产生大量涡流,附着在上翼面,产生的涡升力能大大提高总体升力。一批三角翼试验机,如亨德里·佩奇公司的HP.115、费尔雷公司的Delta 1、Delta 2,也验证了这项特性。然而,普通无尾三角翼的设计也拥有了后掠翼的部分缺点,由于超声速三角翼飞机展弦比较小,低速飞行时的升阻比低,气动特性不理想,起飞着陆距离长。因此,协和飞机采用了双三角翼的设计。双三角翼的内外侧两个后掠角,靠近机身的翼根位置有较大的后掠角,以降低阻力;而在主要产生升力的机翼外段采用较小的后掠角和较小的机翼弦长,机翼前沿不是直线而是S型的曲线。细长S型前缘三角翼提高了低速时的升阻比,涡流稳定性好,平衡了高速和低速时的要求,对低速起降时的操纵性有所改善。协和飞机的细长三角翼由于有效利用了脱体涡升力,满足了飞机在低速、大迎角的情况下所需要的升力。此外,S型前缘三角翼的空气动力中心位于飞机重心之后,最大限度地减少升力中心随速度的移动;从亚音速过渡到超音速飞行时,机翼压力中心位置变化较小,提高了飞机的稳定性。 为了令协和飞机在经济上可行,它需要飞行一段颇长的距离,这需要一种高效率的发动机。为了适应超音速飞行的需要,因此迎风面积较小的涡轮喷气发动机是最佳选择,以减少阻力及产生达超音速的排气速度,而油耗较低和噪声较少的高涵道比涡轮风扇发动机则不适合用于超音速客机。每架协和飞机装配了四具由劳斯莱斯和斯纳克玛公司联合研制的奥林匹斯593 Mk 610型轴流式双转子(twin spool)涡轮喷气发动机,是当时世界上推力最大涡喷发动机,每具可产生多达18.7吨的推力。奥林匹斯发动机最初是为火神式轰炸机(Avro Vulcan)研制,其后再为协和飞机发展出593型。四具发动机以两具一组发动机短舱的方式,分别下挂在机翼下侧,而没有发动机支架,减少了气体湍流,使发动机更加稳定,以免发动机在超音速飞行时脱落。协和飞机也可以使用反推力装置,以提高下降率及缩短降落距离。当飞机处于亚音速飞行而高度低于30,000英尺(约9144米)时,靠近机身的两具发动机反推力装置便可开启,飞机的下降率可提高至每分钟10,000英尺(约3048米)。
奥林匹斯593型发动机是西方国家唯一一种带有加力燃烧室的民用涡喷发动机。协和飞机除了在起飞和跨音速时(0.95马赫至1.7马赫之间)使用加力燃烧室外,其余时段均会关闭。实际上在无加力燃烧室的协助下亦能勉强到达2马赫,但发现要花更长时间在高阻力跨音速阶段的加速过程,耗油量反而更高。由于涡轮喷气发动机在低速时效率非常低,协和飞机在跑道滑行起飞时就需要消耗超过2吨燃料。由于飞机在经过长时间飞行后飞机重量随燃油消耗而减轻,飞机降落后在地面滑行时只会使用外侧的两具发动机就能提供足够推力。如果协和飞机在降落后滑行中途耗尽燃料的话,飞行员会被解雇。尽管如此,当协和飞机以2马赫速度进行超音速巡航时,奥林匹斯593型其实是世界上效率最高的涡轮喷气发动机。
在超音速飞行时,进气道口会产生激波并对空气进行预压缩。为了降低超音速激波阻力,并让发动机维持最佳进气效率,协和飞机的进气道也经过了特殊设计。所有常规喷气发动机都只能吸收速度约0.5马赫的气流,因此巡航速度达2马赫的协和飞机必须将超音速的进气速度减慢至亚音速,否则发动机效率会大大降低,并可能引发发动机喘振等问题,另外协和飞机也必须控制减慢气流速度时所形成的激波位置以避免损坏发动机。为解决上述问题,协和飞机采用了可调节进气道,以一对可移动的大型斜板(Moveable ramp)和一道溢流门(Spill door/Auxiliary flap),按不同的飞行速度和情况,调节进气速度和激波位置并对引进气流进行预压缩。
两块斜板位于发动机短舱进气道顶部,由液压系统控制,可以向下移动;而溢流门则位于进气道下方可以向上下开合控制气流流入或流出。在飞机起飞时发动机进气需求高,斜板会平放(处于收起状态),溢流门会向上打开以增加进气量。当飞机速度到达0.7马赫时,溢流门会关闭;而速度达1.3马赫时,斜板会开始移动并将气流引导出进气道并用于机舱加压。当飞机以2.0马赫进行超音速巡航时,斜板会覆盖一半进气口面积,协助压缩空气和增加气流温度以减轻发动机压缩段的工作压力。这套系统对提高发动机效率有很大帮助,协和飞机在超音速飞行时,有63%的推力是由进气道预压缩产生。
如果在飞行时发动机失效熄火会为传统亚音速客机带来重大问题,不仅是失去部分推力而且还会产生很大的阻力,导致飞机向失效发动机的一方倾斜和偏航。如果这个情况于超音速飞行时出现,几乎可以肯定会对机体强大产生极大的挑战 。发动机失效后涵道实际上已经毫无作用并且成为严重的阻力来源,所以协和飞机会将失效发动机的进气道溢流门向下打开,并将斜板完全展开以形成进气口接近封闭的状态,将气流下压并导向发动机下方通过,将发动机短舱恢复流线型,以减低失效发动机产生的阻力同时提供少许升力。在实际测试中,协和飞机可以在2马赫飞行途中关闭一侧的2具发动机,而不会产生任何操纵问题。而飞行员也需要定期接受培训,学习应付这种突发情况。 协和飞机在在五万余呎高空飞行,机外环境温度约为零下50℃,飞机在超音速飞行时,空气压力和摩擦力会使飞机表面加热,而且飞机不同部分的升温情况也有所差异,并且会在机身表面形成温差。超音速飞机最热的部份除了发动机之外就是机头头锥,协和飞机在飞行时头锥最高温度可达127℃,机身后段也可超过90℃。协和飞机主体材质为硬铝(AU2GN/ASTM 2168飞行器专用铝材),仅在部分需要长时间承受高温的特殊部位,例如升降副翼、发动机短舱等处使用钛合金和不锈钢。铝材在当时已经在飞机制造工业广泛使用,应用经验较多,而且价格低廉、建构容易。硬铝结构稳定,可持续承受达127℃的高温,因此协和飞机的最高速度被限制在2.02马赫,而这个速度是硬铝的高温极限。假如目标速度超过2.02马赫,机体则需要大范围的使用钛合金或不锈钢,大大增加制造成本和飞机重量。
协和飞机于飞行期间会经历两个加热及冷却的循环。第一次冷却于飞机起飞爬升时,机身温度随高度提升而下降;然后超音速飞行时机体表面加热,最后于飞机下降、速度减慢时再度冷却。这些因素都必须于冶金塑模时一并考虑。为此协和飞机在研制时建立了一个试验平台,对一片全尺寸的机翼进行反复加热和冷却,并定时抽取金属样本进行金属疲劳检验。由于热胀冷缩,协和飞机超音速飞行期间,机身会膨胀延长达300毫米,这个现象最明显的地方就是飞行工程师的仪表板与客舱隔板间的距离会在飞行途中增加并形成一条缝隙。所有协和飞机在其退役飞行时,飞行工程师都会将自己的帽子放置于缝隙中,当飞机降落、冷却后,帽子就会永久被夹在其中。
为了保持机舱凉快,协和飞机所载的燃油会有类似“散热片”的作用,以吸收空气调节和液压系统产生的热力。超音速飞行时,驾驶舱前的窗户也会被加热,此时窗前会加上一块遮阳板以防止热力直接传递到驾驶舱。
由于协和飞机具有表面加热的特性,因此其涂装亦有所限制。机身表面大部分面积只能涂上具有高反射特性的白色涂料,以避免超音速飞行时产生的高热影响到铝制结构和油箱安全 。至1996年,法国航空为了协助百事可乐宣传,曾将一架协和飞机(登记编号F-BTSD)除机翼以外涂上以蓝色为主的广告涂装。根据法国宇航和法国航空的建议,这架协和飞机维持以2马赫的速度飞行不多于20分钟,而在1.7马赫下则未有限制。只有F-BTSD被选定用于广告宣传,是因为它不需要执行任何需要长时间以2马赫飞行的定期航班。
结构强度
协和飞机高速飞行时,转向会为飞机结构带来巨大压力,导致结构扭曲变形。为了在超音速飞行时依然能够维持有效、精确的控制,解决办法是对机翼内侧和外侧的升降副翼(elevon),依照不同的速度状态,进行按比例的调整。超音速飞行时,相对软弱的机翼外段的副翼控制面将会锁定在水平位置,而只会操作靠近翼根位置、相对强度较高的内侧副翼控制面。
另一方面,细长的机身意味着较低的结构强度。实际上协和飞机飞行时机身会出现少许弯曲,尤其在起飞时这个现象更为明显 。这个时候当飞行员在机头回望客舱,就能显著的看到这个情况,但由于机舱中段设置了厕所,阻隔旅客的视线,所以大多数旅客并未能察觉到机身的变化。 无尾三角翼飞机的起飞(降落)距离和速度都比较高,这对飞机的制动系统和起落架也是一项挑战。协和飞机起飞速度高达每小时400千米(250哩),为了让飞机在起飞失败后迅速减速,协和飞机是首批使用防抱死制动系统(ABS)的民航客机,这是一套具有防滑、防锁死等优点的安全制动控制系统。传统制动系统在飞机起飞失败紧急制动时往往只能抱死机轮,加上前冲的惯性,容易造成侧滑、方向不受控制的情况。防抱死制动系统可以防止机轮于制动时锁死令轮胎的静摩擦力变成滑动摩擦力而无法控制方向,提高制动效率和操纵性,避免飞机失去控制,这尤其于湿滑地面更为重要。 协和飞机也是全球首种采用碳基(carbon-based)制动装置的民航机。这是邓禄普(Dunlop)公司的产品 ,能够把重达188公吨、时速达305千米(190哩)的协和飞机于1,600米内煞停。完全停止后,制动装置的温度会达300℃至500℃,需要数小时才能冷却。
除此之外,由于协和飞机是无尾三角翼设计,在起飞时需要一个较大的迎角(约18度)才能获得足够的升力,因此起落架也需要特别加强,并延长主起落架支架。但这又对起落架的收纳产生麻烦,为了减少占用空间,起落架收起时需要伸缩一段距离,否则两个起落架将会碰撞。另一方面基于大迎角起飞、降落的需要,为避免机尾触地,协和飞机也在机尾设置了一个小型双轮辅助起落架,成为协和飞机的一个特色。 可下垂的机鼻头锥是协和飞机的外观特征之一,既能在飞行时保持飞机的流线外型减低阻力,又可以于滑行、起飞和着陆时改善飞行员的视界。为了减少飞行阻力,协和飞机的机头较其他民航机更长,并呈针状。三角翼飞机起飞和着陆时的迎角较大,又长又尖的机鼻会影响飞行员对跑道、滑行道的视野,因此协和飞机的机头设计成可以改变角度以迎合各种操作需要 。另外机头头锥也带有一个整流罩,这个可移动的整流罩具有维持机头流线型、保护驾驶舱玻璃、阻隔超音速飞行热力等功能。整流罩会在头锥下垂前收纳到头锥内,而当头锥恢复水平时,整流罩会升回驾驶舱挡风玻璃前方,令机头回复流线外型。
首两架协和飞机原型机的整流罩只有两扇小窗。但美国联邦航空局反对这种严重影响飞行员视界的设计,并要求改善设计,否则协和飞机将不予容许在美国营运。因此以后制造的预生产型、量产型飞机整流罩均修改成六扇大窗。
在地面滑行和起飞时,驾驶舱内的控制器能控制整流罩收纳到头锥内并把头锥角度下调5°。起飞后,整流罩和头锥都会恢复原位。至飞机降落前,整流罩会再次收纳到头锥内,然后头锥会下调12.5°以取得最佳前下方视界。而降落时头锥会迅速回复到5°的位置以避免头锥触地。在非常罕有的情况下,协和飞机会将头锥下调至12.5°起飞。此外,协和飞机也可以仅仅收起整流罩,而头锥维持水平,但这只有在清洁挡风玻璃和短时间亚音速飞行时使用。 普通亚音速民航客机由纽约飞往巴黎需要花上8小时,但协和飞机完成同样旅程仅仅需要少于3.5小时,平均巡航速度达2.02马赫(2,140千米/小时),最高巡航高度为18,300米,比普通飞机快超过两倍 。
在定期航班服务中,协和飞机采用一种较有效率的“巡航爬升”(cruise-climb)方式。随着燃油消耗,飞机变得越来越轻因而能够爬升至更高的高度。这样的方式通常有较高效率,因此普通民航客机亦会使用类似这种方式爬升,名为阶段爬升(step climb),但普通飞机需要得到航空交通管制员许可才能爬升至更高高度。在北大西洋航线(North Atlantic Tracks)巡航期间,协和飞机在爬升至50,000英尺后已没有其他民用客机与其共用空层,因此自50,000英尺起协和飞机能缓慢爬升至60,000英尺。 由于平流层气流运动稳定,气流以平流运动为主,超音速飞机的航线是长期固定的,而非像其他飞行在平流层底部的普通民航客机,需要每天根据天气情况调整航线。
英国航空航班的呼号是“Speedbird”,但唯独由协和飞机执行的航班是例外。为了提醒航空交通管制员协和飞机独特的性能和限制,通讯时会在其呼号“Speedbird”后加上“Concorde”,所以协和飞机的航班(BA001—BA004)在通讯中会被称为“Speedbird Concorde 1”—“Speedbird Concorde 4”。而来往巴巴多斯的包机服务,及维修后的试验飞行,其呼号也会使用“Speedbird Concorde”为前缀并加上四位数字的航班号码。
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关于《机场跑道加热》的介绍到此就结束了。