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环球热头条丨为什么能飞到12450米的直升机很难飞到8848米高的珠穆朗玛峰?

2022-07-26 20:39:08 来源:刀哥百科

飞机在人类生活中已经是寻常之物,抬头仰望天空就经常能看见飞行在高空的飞机。如果人们想要远行出门,乘坐飞机是一个很不错的选择。不过一般情况下,这些飞机都是喷气式。而今天所要讲的并不是这类飞行器,而是以螺旋桨和动力翼作为飞行动力的直升机

对于直升机来说,它的任务更多被用于军事、救援、勘察等,如果不是从事相关行业,普通人很难接触到直升机。但直升机是飞机里非常重要的一种飞行器,最高能够攀升至12450米。直升机的特性使其能够完成一般飞机所不能完成的任务,但即便如此,直升机也很难飞上8848米高的珠穆朗玛峰,这是为什么?


(资料图片)

直升机历程

说到飞机,人们自然会想到莱特兄弟。作为飞行界的两个王牌人物,莱特兄弟的出现推动了人类飞行事业的发展。两兄弟在改良了李林达尔的飞行装置后,又将前人的理论进行实践改进,世界上第一架飞机在20世纪初出现

随后在世界大战期间,飞机的飞行技术,以及飞机的外形设计、空气动力学的进步,飞机设计已经变得越来越成熟。但这一时期的飞机并没有表现出飞行载具的多样性,基本都是从莱特兄弟的滑翔机上演变而来。最先早于滑翔机模型的直升机理论能够追溯到达芬奇时代,尽管许多人有尝试着对直升机进行设计,但由于技术限制和理论不足,基本都以失败告终。

从20世纪初开始,一直都有大量直升机的相关设计,虽然有不少实验原型机能够进行短暂的垂直升空和短距离飞行,但要投入实际使用还有很多工作要做。飞机工业的快速发展带来了自转旋翼机,这为直升机诞生提供了非常重要的条件。

时间来到1907年,法国的保罗·科尔尼研制出了一架全尺寸载人直升机并且成功地进行了试飞,这架飞机便是人类的第一架直升机。1938年后,德国福克公司在对汉纳赖奇试飞的直升机进行改进后,直升机进入了快速发展的阶段。

从30年代末期一直到二战结束,直升机的设计生产从试验走向成熟。20世纪后半叶,直升机正式进入航空实用期,这个时期的直升机开始大量应用在越战战场,此后应用领域不断扩展,直升机数量迅速增加。

现代直升机在90年代已经发展至第四阶段,并且还出现了大量高科技设备。目视、声学、红外雷达,甚至隐身设计,同时在材料结构上使用了更加轻型的复合材料,整体机重占比30%以上。而集成化电路和计算机系统的更新也大幅度降低了飞行员的操作难度系统部件得到优化,直升机的可靠性进一步被提升

作用原理

直升机相较于喷气式飞机来说,飞行速度虽然略逊一筹,但是直升机能够从任意方向进行回转、掉头、后撤等各种高难度飞行动作。直升机能够做到这样的飞行姿态得归功于它的整体设计,以及空气动力学的充分应用

从飞机的升力原理来讲,直升机和固定翼飞机的机翼相似,机翼与空气产生相对运动,从而产生升力,但这个升力是来自于环绕固定轴旋转的“旋翼”

直升机进入工作状态时,机顶上方的旋翼不断旋转,气流经过桨叶上表面时,流管变细,气体流速加快,压力减小。当空气流过桨叶下表面时,空气状态与之相反,如此一来形成的压力差便在桨叶上产生一个向上的拉力。拉力的大小很大程度上与空气气流状态有关,空气的不同角度、不同密度、气流相对速度,以及直升机设计本身都会对拉力产生影响。

直升机便是利用这种拉力变化来进行升降调整,此外,旋翼的桨叶还会形成一个带有一定锥度且底面朝上的大椎体,这个椎体被称作旋翼锥体。飞行员通过控制旋翼锥体的各个方向倾斜,就能够实现直升机不同方向的飞行

直升机想要保持稳定的飞行状态,还必须要有阻止自身旋转的尾翼螺旋桨。不过直升机的旋翼长度通常都在2~5米,为了旋翼不会与尾部螺旋桨发生撞击,于是直升机的整体样貌看起来很像一个蜻蜓。

尾部除了螺旋桨设计外还有“垂直铰”的安装,这个结构件主要是为了防止直升机随桨叶挥舞产生的周期性变化,导致直升机尾部桨叶结构受到损伤。垂直铰的存在能够允许这种变化在小幅度的活动空间里摆动,从而避免尾部桨叶结构变形或断裂。

对于飞行员来说,操纵直升机飞行就是在对抗直升机因气流扰动产生的拉力变化,以及对直升机旋翼椎体运动的控制。飞行员对操纵杆的控制通过“操纵线系统”或“液压助力装置”使自动倾斜器的旋转环和非旋转环进行同向倾斜。

在空气动力的作用和直升机的结构设计下,操纵杆的变化控制决定着直升机总体飞行状态。由于空气气流在不断地实时变化,所以对于直升机飞行员来说必须要时刻稳定控制飞行状态,这对飞行员的驾驶技术要求非常高。

飞不上的珠峰

说完这么多关于直升机的知识要点后,让我们回到标题上来,为什么直升机上不去珠穆朗玛峰?首先,我们来看看珠穆朗玛峰的地理位置。珠峰位于喜马拉雅山中段,全年平均温度为零下29摄氏度,山脉高达8848米,是世界第一高峰

其次在气候上,珠峰呈现季风气候特征,冬季干燥风大。南北两坡的气候因位处方向不同而产生了较为显著的差别,南坡降水充沛,具有海洋季风气候特点;北坡降水少,大陆性高原气候特征明显。

如今飞行高度最高的直升机大约能飞到12450米,而珠峰只有8848米,为何上不去?看到这里,相信不少人心里应该有了一个较为清晰的认知了,最主要的原因便是气流。我们通过前文的介绍已经知道了直升机的飞行原理,而珠峰的高海拔环境很明显不适合直升机飞行

从地球的海拔高度与气压差异关系来看,海拔每升高1000米,相对大气压便会下降12%,另外空气密度也会下降10%左右。虽然大气层的空气分布不均,但总体表现为海拔越高,空气密度越低

如此的低密度的空气自然很难在旋翼之间产生强劲的拉力将直升机抬升,所以当直升机飞行高度越高时,发动机所需要的马力、燃油的利用率就必须越大。但这在高空飞行时是难以实现的,经过特殊改造后的“美洲鸵”直升机才得以实现12450米的飞行极限。

此外,珠峰上的气候时常会有降雨、降雪等现象,这对直升机飞行状态而言非常危险。直升机飞行员在飞行时往往都是通过目视来进行路线规划,同时直升机的操纵难度非常高,需要飞行员时刻修正飞行方向和飞行姿态。一旦视线被阻碍,对于飞行来说是致命的危险。

另外在低温的影响下,金属的应力变化和物理性质也会发生改变,如果没有进行特殊改造,直升机的整体结构将会是人类工程学与自然界的一次有力对抗,结局不言而喻。

通常来讲,直升机最低飞行高度在600米左右,一般飞行高度被限制在1000米-2000米,这不仅是为了出于安全考虑,同时这个高度也是直升机飞行的最佳高度。所以一般的直升机不可能飞行出这个高度,也更不会去尝试进行高空飞行。

功能性飞机

除了不能登顶珠峰,直升机还有许多飞行限制。例如在峡谷地区或者城市里较近的高楼,包括部分特殊的地理环境,可能会存在影响安全飞行的气流。高温、高空、低温也都是直升机的危险飞行要素

虽然风力和空气对直升机飞行至关重要,但风太大也不行。风太大会严重影响直升机尾翼螺旋桨的工作,抗侧风能力不足容易导致直升机失去平衡。如果想要进行夜间飞行,还必须安装相关的电子设备以此辅助飞行。

既然直升机这么多缺点,那为何至今人们没有放弃对直升机的使用?因为目前除了直升机的应用外,没有任何飞机能够做到直升机这般稳定的空中悬停以及自由调向

直升机由于起降方便,操作较于其他大型喷气式飞机没有那么多繁琐的操作,直升机的机动性是其他飞机所没有的。目前直升机广泛应用在医疗、救援、探测、战斗等各个领域,根据不同的应用场景,直升机能够设计成为完全符合场景应用的模式。

直升机的使用如今已经非常广泛,上至国家军防,下至民众百姓。只要符合规定标准和飞行要求,一般人也能够使用直升机进行一些活动。如今直升机的市场使用范围变得越来越广,许多轻量化的民用直升机也在逐渐兴起

以中国来说,未来我国将对直升机的军民市场对标国际,拓宽市场范围,并积极参与国际竞争合作,加强相关企业的竞争力。另外在救援方面,直升机的用途还会越来越强,直升机无人化还将是以后的一个重要趋势。

结语

人类总是热衷于挑战,用直升机去挑战不可能显然只是个例,稳定可靠才是直升机制胜的法宝。直升机可谓是飞机家族中的另类独特的存在,在喷气式飞机盛行的今天,直升机凭借自己优秀的实力在飞行界赢得了广泛声誉。这个曾经源起于竹蜻蜓的幻想,如今成为了现实,你不得不感慨人类的创造力有多么强大

如今直升机的场景应用越来越广泛,特别是在民用方面。如果民用航空器材在今后得以规范,直升机制造成本下降,那么相信便捷的直升机会完成越来越多人的第一次飞行体验

关键词: 的直升机 飞行状态