为何飞机都要飞那么高？飞低点一样可以飞很快啊！

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rearn

2020-11-20 02:13:50

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不知大家有没有这个疑问，飞机，尤其是客机，为何要飞那么高呢？战斗机咱们还可以理解，未来战斗的要求，但是大家可知道客机一般的飞行高度是多少？国内航班在6800-8000米之间,国际航班要上到9000-11000米。

飞机飞行原理

飞机是重于空气的飞行器，当飞机飞行在空中，就会产生作用于飞机的空气动力，飞机就是靠空气动力升空飞行的。在了解飞机升力和阻力的产生之前，我们还要认识空气流动的特性，即空气流动的基本规律。流动的空气就是气流，一种流体，这里我们要引用两个流体定理：连续性定理和伯努利定理。

流体的连续性定理：当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道时，由于管道中任何一部分的流体都不能中断或挤压起来，因此在同一时间内，流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是相等的。

伯努利定理基本内容：流体在一个管道中流动时，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。

伯努利定律

看完这两个定理，大家可以结合自己的生活认真思考一下，在日常生活中，有风的时候，我们会感到有空气流过身体，特别凉爽；无风的时候，骑在自行车上也会有同样的体会，这就是相对气流的作用结果。滔滔江水，流经河道窄的地方时，水流速度就快；经过河道宽的地方时，水流变缓，流速较慢。空气也是一样，当它流过一根粗细不等的管子时，由于空气在管子里是连续不断地稳定流动，在空气密度不变的情况下，单位时间内从管道粗的一端流进多少，从细的一端就要流出多少。

河道与流速

飞机的升力绝大部分是由机翼产生，尾翼通常产生负升力，飞机其他部分产生的升力很小，一般不考虑。从上图我们可以看到：空气流到机翼前缘，分成上、下两股气流，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出，流管较细，说明流速加快，压力降低。而机翼下表面，气流受阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。这里我们就引用到了上述两个定理。于是机翼上、下表面出现了压力差，垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。这样重于空气的飞机借助机翼上获得的升力克服自身因地球引力形成的重力，从而翱翔在蓝天上了。

大气的分层

大气分层按照大气在垂直方向的各种特性，将大气分成若干层次。按大气温度随高度分布的特征，可把大气分成对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。

一般对流层气象条件复杂，空气有强烈的对流运动。地面性质不同，因而受热不均。暖的地方空气受热膨胀而上升，冷的地方空气冷缩而下降，从而产生空气对流运动。对流运动使高层和低层空气得以交换，促进热量和水分传输，对成云致雨有重要作用。对流层中的天气现象在平流层层很少见。平流层天气晴朗，大气透明度好。

飞机飞行的高度一般没有在平流层，而基本上是在对流层与平流层之间的一个相对稳定强大的对流层顶的附近飞行。这个高度上大气密度小，比低空飞行省油，虽然有时会受到积雨云的干扰，但是相对低空来说大气条件好了很多。如果在低空的对流层飞行，大家可以试想一下，地形负责的时候，气流还受地形的影响，这样会造成飞机的颠簸，有时还遭受到雷击，这可是不得了的事情。

为何飞机要飞得高

在了解了飞机飞行的基本原理和大气分层的相关知识后，下面正式来介绍为何飞机要飞的高：

1、从设计方面讲，飞机的升力L＝p*Cl*S其中p是动压，cl是升力系数，s是机翼面积。动压＝0.5*空气密度*速度的平方。机翼面积基本是恒定的，cl在襟翼全开(降落)的时候最大可以到3.0，起飞时cl不会用到这个数，大概2.5吧，在平飞的时候，升力系数是多少呢？是0.5到0.7。那么问题来了平飞时的动压就应该是起飞时的4到5倍。动压为0.5*空气密度*速度的平方。也就是说如果空气密度不变，飞行速度也就是起飞时的两倍多左右，起飞速度不过才290km/h，那么平飞速度才600多？显然不合适，这个时候发现高空空气密度稀薄，为保持升力，也即是保持动压可以将速度提高到1000。这样由于密度低动压也不会变。而且高空，摩擦力小，气动阻力小，这就是高空空气稀薄省油的道理。

2、高度高容易有足够的速度以满足冲压涡轮的工作，另外空中在起动机失效的情况下也需要足够的速度才有可能重启发动机。有些人可能会想，高空空气稀薄，氧气含量少，发动机功率会不会下降？其实恰恰相反！

空气稀薄导致引擎效率降低这个问题在第二次世界大战期间已经被攻克了，使用的就是所谓的涡轮增压发动机，这种发动机最早由英国的罗尔斯·罗伊斯发动机公司发明并投入批量生产，后来美国引进了这个技术，广泛应用于飞机发动机中。

一般的发动机是自然吸气的，如果吸入空气中氧气含量不足，则会使得燃料燃烧不充分，导致输出功率降低。而涡轮增压发动机不一样，它利用涡轮（相当于空气压缩机）把空气压缩后再送燃烧室，做个不恰当的比方，假设原来吸入空气10L，其中氧气约1L（海平面的话，氧气占比21%，约2L，这里的1L已经考虑了海拔增加的因素），现在利用压气机使每次吸入的空气达到100L，则氧气约10L，你可以计算一下，与海平面的自然吸气发动机相比，涡轮增压发动机吸入的氧气量实际上是海平面的5倍，这样燃烧反而更充分，输出功率可以比原来高得多。