1903年,“飞行者一号”成功起飞,成为人类首次重于空气的航空器持续并且受控制的动力飞行,这架飞机的发动机是一台水冷直列4缸活塞发动机,只能提供12马力的动力。一百多年后,即使科技飞速发展,然而,飞机也无法飞入太空,难道这是因为飞机航发动力不够吗?
航空发动机现在的航空发动机能提供的动力可远不止9千瓦,已经取代GE90,成为世界上推力最大的飞机发动机GE9X,它能提供的起飞推力可达470千牛。
根据1.36马力=1千牛的换算公式,GE9X的起飞推力为639.2马力,是“飞行者一号”的发动机的53倍之多。然而,搭载GE9X的波音777X系列,最大飞行高度也只能达到13140米。
GE9X的动力那么强劲,也不能让飞机飞出地球,这又是为什么?这就不得不说说航发的运作原理了。
飞机使用的发动机,是一种需要依赖空气的发动机,专业名称为“航空燃气涡轮机”。
简单来说,这种发动机的运作原理,是由进气道的风扇吸进空气,然后由压气机将空气压缩成高压,再供给燃烧室。在这里,高压的空气会与燃油混合,燃烧后产生的气体,在涡轮或涡扇的增压下,从尾喷口喷出。在这个过程中,发动机就会产生巨大的反推力,为飞机提供速度。
飞机想离开地面飞行,还需要升力,这需要机翼的配合,而机翼的升力同样需要流体,也就是空气的帮助。
也就是说,飞机在空中的速度与升力都需要空气,而我们都知道高度越高,空气就越稀薄,飞机的发动机没了空气,自然就“熄火”了。
如果飞机一直头朝上,直挺挺地向上飞,那么当它飞到最高飞行高度时,飞机自己就无法维持高度,开始往下落了。
飞机飞不出地球,那么火箭为什么可以?离开地球大气层后,飞行器就进入了真空环境,所以火箭的发动机必须是不用依赖空气的发动机。
大部分火箭发动机依靠排出高温、高速的尾气来获得推力,原理是利用固体或液体的推进剂,在燃烧室中高压燃烧产生尾气,由于牛顿第三定律而产生航天器需要的推力。
那么,火箭进入太空后,为什么还能燃烧,不是说已经没有空气了吗?
的确,真空环境中是没有氧气作为助燃剂的,火箭还能喷火是因为它自己携带了氧化剂,自然就不需要从空气中获取氧气了。
既然这样,是不是只要给飞机也带上氧化剂,飞机就能飞出地球了?
理论上,这种做法的确有一定的可行性,而且这也很容易让人联想到航天飞机。航天飞机的部件包括:三个洛克达因RS-25发动机、两个OMS发动机的轨道飞行器、可回收的固体火箭助推器,以及在使用后会被抛离的外部油箱。
航天飞机和普通客机在设计上有许多不同,只是简单地给飞机加一个氧化剂,依然无法将飞机送上太空。
后来,航天飞机项目在经历了两次灾难后,受到了各界的批评,最后在2004年1月时,被宣布了退役计划。
总结飞机无法飞出地球,还因为它没有足够的推力,让飞机无法达到可以第二宇宙速度,也就是飞离地球所需的最小初始速度。
飞机各部分的设计就是为了保证它能在高空中稳稳当当地飞行,要飞出地球飞往太空这样的任务,还是交给专门为此设计出来的火箭去做吧。
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