为什么飞机要把油装在薄薄的机翼里?一次超百吨重,不怕压断吗?

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像波音777、空客A350这类宽体远程客机,算上复飞、爬升、着陆、备降等因素,每次携带燃油约160~180吨。
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9 H9 ?) f0 I% Z' \: w. W7 m在高空飞行时,这么重的油箱,不怕把机翼给压断吗?扁担大家都知道,如果两侧物体太重,根本抬不起来,就算勉强抬起来,也会把人体压伤,又或者扁担直接断裂。/ Q  ?% N* T. x. s
辟谣一下,下面这张图的机翼不是被燃油压断的,是俄罗斯一架机龄超50年客机,在降落时机翼擦地折断的。
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众所周知,飞机一旦发生事故,死亡率接近100%,可事实摆在眼前,也没听说客机油箱把机翼压断这事,下面就揭开其中的奥秘。- p& Z0 A* l/ L- G8 R7 k( o

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为什么把油箱放在机翼中?  s) C3 u. G& B  A, f, N& s

3 k6 T. h4 {  t1 `) G# c  F7 y客机油箱有三部分,直接看下图,为什么不把油箱全都放在中间区域。
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/ K3 f1 A, k& v1 ^不论坐没坐过飞机的朋友都知道,客机中间区域是载客区,决定着航空公司的亏损或盈利,如果不是政策明确规定,相信很多航司甚至会卖站票,足以见得,客机中间区域有多重要,换言之,你总不能让乘客坐在两侧机翼里吧。& Z% f9 s  i/ B; v/ D) H
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除了核心载客区,中间部分有厨房、卫生间,还要给未来技术留好足够的“迭代空间”。
# \  n# z- V- K! Z1 J; s: S% @6 x中间区域地板以下是货舱,专门用来存放乘客的行李,空余部分也会运输货物,部分客机超过一定年限,会把载客区的座椅拆掉,全都改造成货舱,从客机转变为货机。; C8 w% v# D& s
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* q/ a' F) W( a所以在核心中间区域被占用的情况下,只有两侧机翼还留有一些空间来存放航空燃油,之所以机翼不怕被动辄超过100吨的燃油压断,主要原因有以下几点:) M* N9 N1 F3 n0 k
1.机翼本身材料强度足够/ Y) D, q( r. m' U9 I+ P
从远处看去,机翼好似薄薄的一层,但靠近了看,它其实是由翼肋、翼梁、桁条和蒙皮组成,采用双梁设计,前后两个主梁共同分担载荷,属于内部极其坚固的盒状结构。
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* v* d# B& _- D( V/ \- w6 R$ ?以波音787举例,机翼的主结构极限应力高达551MPa,安全系数1.5下允许承载350-400吨级载荷,内部充100~200吨航空燃油,完全不在话下。+ b7 r0 d0 [" Y( j
其中离不开材料的帮助,现代客机的机翼采用碳纤维增强塑料(CFRP),使用部位包括翼梁、蒙皮、桁条,一个机翼50%左右都是碳纤维增强塑料,所以能轻松承载燃油重量。
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) {; ^" L8 |  D! Q" @4 f6 ]  _% [, X2.燃油的重力能抵消部分上升力& k; F$ l; {9 b8 s/ Q5 o
由于机翼的特殊构造,在客机高速飞行时,机翼上层空气流速较快,导致压强低,而机翼下层空气流速快慢,相对压强高。/ C4 s9 |* N: X! B6 u
为了趋于平衡,下侧空气会迅速转移到上侧去,此过程会产生空气升力,也就能给客机提供上升力。
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' B: P1 a; t* g; d2 [% Z虽然上文说过,即便机翼内部不存放燃油,也不会被这股上升力给压断,但机翼材料终究有疲劳性。$ c5 ]/ i9 g; [/ L7 l
不严谨的假设,受到强上升力影响,机翼的飞行寿命是15年,但如果机翼中加入燃油,燃油向下的重力会抵消机翼受到的部分上升力,减轻机翼材料的疲劳度,变相增加机翼寿命,假设为20年。, w5 F% [" Y! S$ n, U& D0 @
那么这多余的5年,就能让航空公司继续盈利。" e. k" L. n( ]8 J# I* ]
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' g4 v# ^2 X2 k新的问题:燃油在机翼里翻滚,会破坏飞行平衡吗?
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把燃油放在两侧,也有利于稳定飞机的重心,使其在转弯或遇到突发气流时,稳定的重心能帮助客机提高不少安全值。
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' ^. `# R' E/ D/ r* ^! o但你有没有想过另一个问题,咱们还是以扁担举例,情景模拟一下,你挑着两桶水,水桶晃来晃去,此时的你走路都走不稳,甚至一不小心摔倒在地。- b# F' n; ?' e7 [& W9 i
机翼里的燃油也是同理,在飞机上升、转弯、下降或遇到强气流时产生的颠簸,都会让机翼内部燃油变得不稳定,晃来晃去的作用力会影响整架客厅平衡,再联想客机事故死亡率,不由得一阵哆嗦。
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! d5 A6 N: ?/ ]  z; Z其实这个问题不用担心。
( ?0 u& ?6 x, q/ O5 H# t油罐车大家都见过,高速行驶中突然减速或转弯,里面的油在惯性作用下,也不会影响车的平衡,其实内部构造是这样的。
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$ v+ x8 S( T9 ~2 ^1 ~$ e同理,机翼内部也有很多个独立储油舱室,彼此之间仅有一个直径约5cm的限流孔连通,即便飞机遭遇颠簸,里面的燃油也不会引发重心偏移。
+ C! `( {. e1 q  t  ?9 y2 D6 Y" g* E此外,飞机优先消耗中央油箱燃油(占总油量约20%),最后才消耗机翼油箱,这里面也有讲究。
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一旦飞机检测到左翼和右翼燃油差超过300kg,就会启动交叉供油,简而言之,一会用左翼油箱,一会用右翼油箱,目的是为了保证左右翼平衡。
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