直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

飛機在人類生活中已經是尋常之物,抬頭仰望天空就經常能看見飛行在高空的飛機。如果人們想要遠行出門,乘坐飛機是一個很不錯的選擇。不過一般情況下,這些飛機都是噴氣式。而今天所要講的並不是這類飛行器,而是以螺旋槳和動力翼作為飛行動力的直升機。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

對於直升機來說,它的任務更多被用於軍事、救援、勘察等,如果不是從事相關行業,普通人很難接觸到直升機。但直升機是飛機裡非常重要的一種飛行器,最高能夠攀升至12450米。直升機的特性使其能夠完成一般飛機所不能完成的任務,但即便如此,直升機也很難飛上8848米高的珠穆朗瑪峰,這是為什麼?

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

直升機歷程

說到飛機,人們自然會想到萊特兄弟。作為飛行界的兩個王牌人物,萊特兄弟的出現推動了人類飛行事業的發展。兩兄弟在改良了李林達爾的飛行裝置後,又將前人的理論進行實踐改進,世界上第一架飛機在20世紀初出現。

隨後在世界大戰期間,飛機的飛行技術,以及飛機的外形設計、空氣動力學的進步,飛機設計已經變得越來越成熟。但這一時期的飛機並沒有表現出飛行載具的多樣性,基本都是從萊特兄弟的滑翔機上演變而來。最先早於滑翔機模型的直升機理論能夠追溯到達芬奇時代,儘管許多人有嘗試著對直升機進行設計,但由於技術限制和理論不足,基本都以失敗告終。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

從20世紀初開始,一直都有大量直升機的相關設計,雖然有不少實驗原型機能夠進行短暫的垂直升空和短距離飛行,但要投入實際使用還有很多工作要做。飛機工業的快速發展帶來了自轉旋翼機,這為直升機誕生提供了非常重要的條件。

時間來到1907年,法國的保羅·科爾尼研製出了一架全尺寸載人直升機並且成功地進行了試飛,這架飛機便是人類的第一架直升機。1938年後,德國福克公司在對漢納賴奇試飛的直升機進行改進後,直升機進入了快速發展的階段。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

從30年代末期一直到二戰結束,直升機的設計生產從試驗走向成熟。20世紀後半葉,直升機正式進入航空實用期,這個時期的直升機開始大量應用在越戰戰場,此後應用領域不斷擴充套件,直升機數量迅速增加。

現代直升機在90年代已經發展至第四階段,並且還出現了大量高科技裝置。目視、聲學、紅外雷達,甚至隱身設計,同時在材料結構上使用了更加輕型的複合材料,整體機重佔比30%以上。而整合化電路和計算機系統的更新也大幅度降低了飛行員的操作難度,系統部件得到最佳化,直升機的可靠性進一步被提升。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

作用原理

直升機相較於噴氣式飛機來說,飛行速度雖然略遜一籌,但是直升機能夠從任意方向進行迴轉、掉頭、後撤等各種高難度飛行動作。直升機能夠做到這樣的飛行姿態得歸功於它的整體設計,以及空氣動力學的充分應用。

從飛機的升力原理來講,直升機和固定翼飛機的機翼相似,機翼與空氣產生相對運動,從而產生升力,但這個升力是來自於環繞固定軸旋轉的“旋翼”。

直升機進入工作狀態時,機頂上方的旋翼不斷旋轉,氣流經過槳葉上表面時,流管變細,氣體流速加快,壓力減小。當空氣流過槳葉下表面時,空氣狀態與之相反,如此一來形成的壓力差便在槳葉上產生一個向上的拉力。拉力的大小很大程度上與空氣氣流狀態有關,空氣的不同角度、不同密度、氣流相對速度,以及直升機設計本身都會對拉力產生影響。

直升機便是利用這種拉力變化來進行升降調整,此外,旋翼的槳葉還會形成一個帶有一定錐度且底面朝上的大椎體,這個椎體被稱作旋翼錐體。飛行員透過控制旋翼錐體的各個方向傾斜,就能夠實現直升機不同方向的飛行。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

直升機想要保持穩定的飛行狀態,還必須要有阻止自身旋轉的尾翼螺旋槳。不過直升機的旋翼長度通常都在2~5米,為了旋翼不會與尾部螺旋槳發生撞擊,於是直升機的整體樣貌看起來很像一個蜻蜓。

尾部除了螺旋槳設計外還有“垂直鉸”的安裝,這個結構件主要是為了防止直升機隨槳葉揮舞產生的週期性變化,導致直升機尾部槳葉結構受到損傷。垂直鉸的存在能夠允許這種變化在小幅度的活動空間裡擺動,從而避免尾部槳葉結構變形或斷裂。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

對於飛行員來說,操縱直升機飛行就是在對抗直升機因氣流擾動產生的拉力變化,以及對直升機旋翼椎體運動的控制。飛行員對操縱桿的控制透過“操縱線系統”或“液壓助力裝置”使自動傾斜器的旋轉環和非旋轉環進行同向傾斜。

在空氣動力的作用和直升機的結構設計下,操縱桿的變化控制決定著直升機總體飛行狀態。由於空氣氣流在不斷地實時變化,所以對於直升機飛行員來說必須要時刻穩定控制飛行狀態,這對飛行員的駕駛技術要求非常高。

飛不上的珠峰

說完這麼多關於直升機的知識要點後,讓我們回到標題上來,為什麼直升機上不去珠穆朗瑪峰?首先,我們來看看珠穆朗瑪峰的地理位置。珠峰位於喜馬拉雅山中段,全年平均溫度為零下29攝氏度,山脈高達8848米,是世界第一高峰。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

其次在氣候上,珠峰呈現季風氣候特徵,冬季乾燥風大。南北兩坡的氣候因位處方向不同而產生了較為顯著的差別,南坡降水充沛,具有海洋季風氣候特點;北坡降水少,大陸性高原氣候特徵明顯。

如今飛行高度最高的直升機大約能飛到12450米,而珠峰只有8848米,為何上不去?看到這裡,相信不少人心裡應該有了一個較為清晰的認知了,最主要的原因便是氣流。我們透過前文的介紹已經知道了直升機的飛行原理,而珠峰的高海拔環境很明顯不適合直升機飛行。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

從地球的海拔高度與氣壓差異關係來看,海拔每升高1000米,相對大氣壓便會下降12%,另外空氣密度也會下降10%左右。雖然大氣層的空氣分佈不均,但總體表現為海拔越高,空氣密度越低。

如此的低密度的空氣自然很難在旋翼之間產生強勁的拉力將直升機抬升,所以當直升機飛行高度越高時,發動機所需要的馬力、燃油的利用率就必須越大。但這在高空飛行時是難以實現的,經過特殊改造後的“美洲鴕”直升機才得以實現12450米的飛行極限。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

此外,珠峰上的氣候時常會有降雨、降雪等現象,這對直升機飛行狀態而言非常危險。直升機飛行員在飛行時往往都是透過目視來進行路線規劃,同時直升機的操縱難度非常高,需要飛行員時刻修正飛行方向和飛行姿態。一旦視線被阻礙,對於飛行來說是致命的危險。

另外在低溫的影響下,金屬的應力變化和物理性質也會發生改變,如果沒有進行特殊改造,直升機的整體結構將會是人類工程學與自然界的一次有力對抗,結局不言而喻。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

通常來講,直升機最低飛行高度在600米左右,一般飛行高度被限制在1000米-2000米,這不僅是為了出於安全考慮,同時這個高度也是直升機飛行的最佳高度。所以一般的直升機不可能飛行出這個高度,也更不會去嘗試進行高空飛行。

功能性飛機

除了不能登頂珠峰,直升機還有許多飛行限制。例如在峽谷地區或者城市裡較近的高樓,包括部分特殊的地理環境,可能會存在影響安全飛行的氣流。高溫、高空、低溫也都是直升機的危險飛行要素。

雖然風力和空氣對直升機飛行至關重要,但風太大也不行。風太大會嚴重影響直升機尾翼螺旋槳的工作,抗側風能力不足容易導致直升機失去平衡。如果想要進行夜間飛行,還必須安裝相關的電子裝置以此輔助飛行。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

既然直升機這麼多缺點,那為何至今人們沒有放棄對直升機的使用?因為目前除了直升機的應用外,沒有任何飛機能夠做到直升機這般穩定的空中懸停以及自由調向。

直升機由於起降方便,操作較於其他大型噴氣式飛機沒有那麼多繁瑣的操作,直升機的機動性是其他飛機所沒有的。目前直升機廣泛應用在醫療、救援、探測、戰鬥等各個領域,根據不同的應用場景,直升機能夠設計成為完全符合場景應用的模式。

直升機的使用如今已經非常廣泛,上至國家軍防,下至民眾百姓。只要符合規定標準和飛行要求,一般人也能夠使用直升機進行一些活動。如今直升機的市場使用範圍變得越來越廣,許多輕量化的民用直升機也在逐漸興起。

直升機能飛到12450米,而珠峰8848米高,為什麼很難飛上

以中國來說,未來我國將對直升機的軍民市場對標國際,拓寬市場範圍,並積極參與國際競爭合作,加強相關企業的競爭力。另外在救援方面,直升機的用途還會越來越強,直升機無人化還將是以後的一個重要趨勢。

結語

人類總是熱衷於挑戰,用直升機去挑戰不可能顯然只是個例,穩定可靠才是直升機制勝的法寶。直升機可謂是飛機家族中的另類獨特的存在,在噴氣式飛機盛行的今天,直升機憑藉自己優秀的實力在飛行界贏得了廣泛聲譽。這個曾經源起於竹蜻蜓的幻想,如今成為了現實,你不得不感慨人類的創造力有多麼強大。

如今直升機的場景應用越來越廣泛,特別是在民用方面。如果民用航空器材在今後得以規範,直升機製造成本下降,那麼相信便捷的直升機會完成越來越多人的第一次飛行體驗。