03.02 為什麼飛機(特別是客機)必須飛那麼高?

Manny李文輝


上海科技報科普問答主持人:主任記者 吳苡婷

這個問題涉及到地球大氣圈的知識。在我們的地球表面,根據高度不同,分為對流層、平流層、中間層、熱成層。對流層大約是地面到1萬米高空的範圍,但是各地的對流層高度並不同,其高度因緯度而不同,赤道地區比較高,兩級地區比較低。全球75%的大氣都集中在那裡,90%的水汽也集中在這裡。這裡也是地球上各類大氣的發生地,雲、霧、雨、雪等各種各樣的天氣都發生在對流層。在對流層裡,氣溫隨高度的變化,因為上下溫差比較大,所以導致空氣的對流活動非常強烈。如果飛機在對流層中飛行,我們會大量的氣流乾擾上下左右顛簸得只想嘔吐,甚至會暈厥。

而平流層的情況要好得多,在平流層,能見度高,方便飛行員駕駛飛機。平流層極少有氣流乾擾,空氣阻力很小,會讓我們的旅行變得非常平穩和舒適,也會讓航空公司節省大量的航天燃油費用。我們乘坐客機,可以感覺到,一旦到了平流層,空姐就開始將食品車和飲料車推出來,讓大家享用美食,或者通知大家可以打開電子設備收看自己下載的視頻節目或者打打遊戲。另外,平流層的高度比較高,飛機高空運行,對於地面幾乎不會產生噪聲。而且因為平流層都在萬米高空之上,沒有什麼鳥兒能飛到那麼高的高度,飛機撞擊鳥類產生事故的概率會大大降低,安全係數大大提升。

還有一個小常識,可能大家不太清楚,我們的民航飛機在飛行時,以正南正北方向為零度界限,航向偏右(偏東)的飛機飛雙數高層,即8千米、1萬米、1萬2千米高度層;航向偏左(偏西)的飛機飛單數高度層,即7千米、9千米、1萬1千米高度層。因為飛機航線都有固定的航道。這樣的安排是為了更好地提高飛機的安全係數,避免在萬里高空產生飛機迎面碰撞的事故。


科壇春秋精選



飛機的飛行高度在做計劃時是按照空軍的一號管制規定的中的高度做的。兩小時之內國內航線的計劃高度一般在8900到10100米這個範圍內,少有上到更高的高度的。在這個飛行高度一般沒有在平流層,而基本上是在對流層與平流層之間的一個相對穩定強大的對流層頂的附近飛行。這個高度上大氣密度小,比低空飛行省油,雖然有時會受到積雨雲的干擾,但是相對低空來說大氣條件好了很多。

包括工程師、乘客和航空公司,因為海拔高的地方空氣分子較少。在海拔3萬英尺的高度,空氣比較稀薄,這意味著飛機飛行需要較少的推力。較小的推力意味著需要消耗較少的燃料。此外,飛機在海拔30000英尺以上的高度飛行時,燃油的燃燒效率最高。

乘客想安全、放鬆地度過旅程,並不是非要要求飛機以每小時700-900公里的速度在天空巡航,不遇到導致飛機顛簸的任何壞天氣。低海拔的地方會經常出現湍流天氣。飛行高度低會導致飛行員難以看到可能導致湍流的橫風。在更高的高度飛行,飛機會遇到較少的湍流,乘客坐起來也會比較舒服。

如果發生緊急情況,高海拔處的飛行員就會有更多的時間進行導航。飛行員會接收航空空中交通管制發來的最新天氣情況,並按要求改變飛行高度。

因此綜上,飛機飛那麼高有以下幾個原因:

1,高空飛行遇到的湍流較少,飛行平穩。

2,高空空氣密度低,摩擦力小,氣動阻力小,省油。

3,可以避開大部分極端天氣,視野好。

4,出了故障有足夠高度進行自救嘗試。

5,高度高容易有足夠的速度以滿足衝壓渦輪的工作,另外空中在起動機失效的情況下也需要足夠的速度才有可能重啟發動機。

6,溫度低,足以滿足空調,滑油,液壓油的冷卻降溫。對減少蒙皮摩擦發熱也有一定效果。

7,高空鳥類較少,減少了撞鳥悲劇的發生。


阿爾法軍事


飛機飛行的高主要原因有兩點。一:節省費用。說白了就是省油——省錢,在平流層飛機所受空氣阻力相對於其在對流層中飛行要小的多,受阻力小飛機自然省油。

二:安全。說其安全,主要也是相對於對流層來講。眾所周知,飛機在起飛、降落過程是安全係數最低的時候,因其受飛鳥、對流等影響。

前段時間,我殲15艦載機訓練時,就曾在起飛過程中撞到飛鳥——家鴿。致使其左側發動機起火,後經飛行員冷靜處理(空中放油、迫降等)、後勤人員(滅火)等共同努力,才保住這架戰機(有關詳細資料可查閱,CCTV1、CCTV4都作過報道)。而目前僅有數種飛鳥可飛到7000米以上的高度,如天鵝、斑頭雁等,況且這些鳥也並非經常出現在高空中。這就極大降低了飛機在飛行時遭遇飛鳥的危險。

對流層中氣流相對不穩定,較為活躍。故名思意,其氣流運動方式為上下流動,其對飛機易產生上、下擾動。而平流層(高空),相對穩定,氣流運動方式呈水平運動,更利於飛行。

正常情況下,飛機都是嚴格按照既定航線飛行。同一高度(以1000米為限),不能相向飛行,防止相撞。如遇緊急情況(天氣原因、飛機故障等),需拉昇、降低飛行高度,必須彙報塔臺,經同意才可。塔臺會根據實際情況(會否影響其它航線飛機正常飛行),而對其下達具體指令。


儒道之主


很高興回答你的問題。

其實主要是兩點啦,安全和經濟。

安全方面主要涉及到這麼幾點:

一是氣象條件。飛機能否準時起落,安全飛行,受到天氣條件影響很大,飛機因為天氣不好延誤的痛,誰經歷過誰清楚~

所以在選擇飛行高度的時候,也要考慮飛機所在高度的大氣條件是不是穩定?是不是經常遇上各種壞天氣?

飛得太低,肯定是不行的。

我們所處的大氣按照高度從低到高分別是對流層,平流層,中間層和熱層。一般10000米以下的大氣稱為對流層,對流層之內空氣的對流比較強烈,而且有著全球75%的大氣和90%左右的水汽,也就有了各種各樣的么蛾子天氣。如果飛機在對流層飛,暈機的人會直線上升,乘飛機出行危險係數直線上升,航班準點率直線下降。

另外飛機在飛行過程中還很怕一樣東西——鳥。鳥雖然小,但撞上高速飛行的飛機,衝擊力甚至上噸!機場都配有專門的驅鳥隊好嘛!


經濟因素當然就是油耗越少,成本越低越好啦~


所以為了避開不穩定的大氣層,避開鳥群,飛機的飛行高度必須要提升,一般會在10000左右的高度上飛行。

這個高度大概在對流層平流層交界,或者是平流層低部(根據航線長短和客機大小高度會有差異)。

這個高度上,氣流的干擾少,能見度高,不會遇見鳥,飛機駕駛會比較平穩,對飛行員和乘客都是最好的選擇。

而且這個高度上,空氣阻力小,還能給航空公司省油,也是降低了成本。

希望我的回答能幫助到你,覺得有用的話就點個贊吧嘻嘻~


不吃腸的大腸


我從設計上說說吧。

首先,飛機的升力L=p*Cl*S其中p是動壓p=½*空氣密度*速度的平方,cl是升力係數,s是機翼面積。

機翼面積基本是恆定的。cl在襟翼全開(降落)的時候最大可以到3.0,起飛時cl不會用到這個數,大概2.5吧,在平飛的時候,升力係數是多少呢?是0.5到0.7。那麼問題來了平飛時的動壓就應該是起飛時的4到5倍。動壓是怎麼算的,是0.5*空氣密度*速度的平方。也就是說如果空氣密度不變,飛行速度也就是起飛時的兩倍多左右,起飛速度不過才290km/h,那麼平飛速度才600多?顯然不合適,這個時候發現高空空氣密度稀薄,可以將速度提高到1000了,這樣由於密度低動壓也不會變。所以啊飛機飛行時飛行員看飛機狀態不看地速,也不看空速,而是錶速,也就是動壓的換算。比如飛機起飛錶速度是165節,平飛錶速是三百多節(大約是,七百公里每小時。),但是這個時候,飛機的空速有1000以上了,如果順風的話地速會更高。這就是高空空氣稀薄省油的道理。

另外還有個原因是,高空的氣流平穩,可預料。不像地面,各種山和建築導致氣流很亂,大小方向都會有變化。這個也很重要,能讓飛機平穩飛行


三米之內孟煩啦


其實飛機飛那麼高,最主要是出於安全性的角度來考慮的,畢竟飛機所飛的平流層是高空中比較穩定的高度範圍,飛機大家都知道,其實就是一種依靠自身動力,能夠在大氣或者太空中前行的航空器,而作為飛機的一種類型,客機是可以給人們出行帶來便捷的交通工具,是要承載很多人進行飛行的,因此飛機飛行的安全性格外重要。



接下來,我就來對飛機在高空飛行的原因做一下詳細的介紹:

首先可以知道的是大氣圈層大致可以劃分為對流層、平流層和高層大氣這三層,飛機進行飛行時所處的正是平流層內,而平流層的範圍大致距地面10—50公里,這個範圍是飛機進行飛行的絕佳場所。主要表現在平流層與對流層相比較來說天氣比較晴朗,光線比較好,能見度很高,便於高空飛行;從飛行員駕駛的角度來看,平流層的大氣以平流運動為主,飛機在其中進行飛行時受力比較穩定,更加便於操縱架駛,而且由於該層水平氣流大,飛機藉助風力還可以節省燃料;同時平流層距離地面比較遠,飛機飛行時受到地面的噪音汙染相對較小;此外,鳥類對於飛機的飛行存在著巨大的威脅,而平流層是鳥類飛行所到不了的地方,這樣就避免了飛機飛行時候的巨大隱患。



由於飛機在平流層的範圍內飛行,是現今為止高度與穩定程度最好的一個選擇,所以也是目前公認的飛機最佳的飛行高度範圍,也只有這個高度範圍,才能更好的保證飛機飛行的安全,所以就飛機飛得那麼高也就主要是由於這些原因所考慮的了。

好啦,以上的這些就是對於你提出的這個問題的回答了,僅供參考,希望可以對你理解這個問題有所幫助!


地質知識科普中心


客機的巡航高度一般是8000米,也就是好像歌詞裡的“三萬英尺”,我估計和幾個方面綜合考慮。

1.平穩性,此高度平流層,很少劇烈的風切變,民航的舒適性得到保證;

2.經濟性,這個高度的氣象條件油耗較小(巡航速度下升力好,油料燃燒較充分);

3.歷史延續性,原來就這個高度,大家都習慣了,後來只不過把習慣規定明確了下來


Firebird


飛機的飛行高度一般會考慮到很多因素,包括安全性、經濟性、任務需要、性能限制等等。其中對於客機來說,安全性和經濟性是要優先考慮的。

一般來說,高度越低的大氣越稠密,隨之而來的空氣阻力就越大,需要消耗的燃料也越多。同時,地球的主要大氣活動,例如颶風、雷電、暴雨等等基本發生在對流層,對流層的下界與地面相接,上界高度隨地理緯度和季節而變化,它的高度因緯度而不同,在低緯度地區平均高度為17~18公里,在中緯度地區平均為10~12公里,極地平均為8~9公里,並且夏季高於冬季。這些大氣活動是飛行安全的大敵,在螺旋槳飛機時代,由於飛行高度普遍較低,發生過不少惡劣天氣造成的空難。

那麼是不是飛得越高越好呢?也不是。畢竟飛機需要大氣來提供升力,也需要空氣來讓發動機正常運轉。飛行高度太高的話,飛機的飛行穩定性會變差,發動機性能也會下降,甚至可能停止運轉,同樣會影響安全。事實上,對流層之上平流層就有這方面的問題了,所以真正在平流層進行正常飛行的飛機也不是太多。

後來人們注意到,對流層實際上也可以再細分為下層、中層和上層。大氣運動主要發生在下層和中層,而從6公里高度伸展到對流層的頂部的上層中,氣溫常年都在0℃以下,水汽含量較少,各種雲都由冰晶和過冷水滴組成。除了在中緯度和熱帶地區,這一層中常出現風速等於或大於30米/秒的強風帶,即所謂的急流之外,其他類型影響飛行的大氣運動很少。而這些強風帶一般也是能通過雷達提前發現的。

所以,兩相權衡之下,現在的大一點的民用飛機一般都選擇在對流層的上層飛行,按照相關規定,短航線的飛機一般在6000米至9600米飛行,長航線的飛機一般在8000米至12600米飛行。

至於軍用飛機,一般是根據任務來確定。比如偵察機的高度一般都會比較高,當年的U-2偵察機飛行高度在22000米以上;對地支援飛機則會飛的比較低,為了便於及時反應,一般會在1000-2000米的高度飛行;戰鬥機就比較靈活了,基本上會根據需要來。


聯合防務


這個問題簡單。我回答一下哈,希望大家多多指教。

第一,飛機在設計時就考慮到了氣動比。戰鬥機的宗旨就是要用最少的燃料取得最大的機動性,所以機身外形設計是比較苛刻的。客機強調的事是經濟性,和舒適性,所以展弦比一般都比較大。如此大的展弦比的飛機飛多高才能獲得最佳的能效比呢?也就是巡航高度和速度。

第二,大家都知道大氣隨著高度的增加密度逐漸降低,在航速不變的情況下,飛機隨著高度上升空氣密度同時隨著下降。空氣阻力下降的同時,機翼提供的升力也隨之下降。如果飛機飛行速度不變,高度很難維持。如果要維持高度,那隻能加大飛機發動機功率提升速度。但有一點,飛機的發動機提供的動力不可能無限大,也不可能長時間高功率輸出。這就如同汽車發動機,你不能讓發動機轉速錶長時間停留在紅色區域,否則會抱瓦或者拉缸。飛機發動機也一樣,汽車發動機出現故障最多靠路邊停車,飛機可就慘了。至於戰鬥機,它的發動機功率輸出屬於大馬拉小車,所以機動性能才會突出。

第四,客機怎麼辦呢?好在設計師早就考慮到了這一點,根據飛機的氣動性能和經濟性,建議了某種機型的巡航高度。這就好比咱們的汽車跑時速80公里是最經濟的。

綜上所述,飛機飛多高,飛多快是早就設計好的。至於空管人員讓你飛在哪一層高度是空管空域劃分的問題,如果空管讓一架播音747在2000米高度保持400節速度飛行,該駕駛員也只能乾瞪眼。如果駕駛員稍有不滿,就要小心繞飛。最後一句話,空管惹不起。


紅蕖照水



飛機的飛行高度在做計劃時是按照空軍的一號管制規定的中的高度做的。兩小時之內國內航線的計劃高度一般在8900到10100米這個範圍內,少有上到更高的高度的。在這個飛行高度一般沒有在平流層,而基本上是在對流層與平流層之間的一個相對穩定強大的對流層頂的附近飛行。這個高度上大氣密度小,比低空飛行省油,雖然有時會受到積雨雲的干擾,但是相對低空來說大氣條件好了很多。


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