飞机机翼那么薄,为什么要把油箱安在机翼上?

知乎日报
02月07 00:00
何老师,桃李满天飞,远山看不尽……

将油箱放置在飞机机翼中,通过平衡机翼的升力和机身重量来提高整体结构效率,降低飞机燃油系统的复杂性,并通过将燃油放置在远离乘客舱的地方来提高乘客的安全性。

为什么飞机油箱位于机翼上?

最早的飞机设计,是将油箱安装在飞机机身上,通常在发动机防火墙和驾驶舱之间。这是一个符合逻辑且合理的位置,因为那时的飞机为织物覆盖,通常还有木制的机翼结构。

而后来,飞机的发展,出现了更多更先进的因素,譬如机翼结构、系统和乘客安全的原因,新的飞机设计通常将油箱设置在机翼上。

机翼燃料提高结构效率

用一只手握住砖头,慢慢地伸出手臂,砖块也变得越来越难以握住。这称为“弯矩”。弯矩描述了结构中的扭转应力。

弯矩驱动了大部分强度要求,需要加强飞机的结构。想象一下,如果把砖块理解为粉碎的小块,并沿着你的手臂分布,是不是与在机翼中放置燃料的基本原理相同。

考虑到飞机——飞机的质量集中在机身内的重心。 该质量必须由飞行中的机翼支撑。总质量的更多位于机身,施加在机翼根部结构上的弯曲应力就越大。

如果该质量中的部分可以远离机身,机身减轻,而机翼上的总弯矩却是减小的。

现代飞机的燃料和发动机基本都布局在机翼上,由此引入向下弯曲的力矩以减少机翼根部力矩。

这些弯矩如何影响机翼结构的设计?

同样质量的飞机,为抵消机身和燃料更大的重量形成升力,无机翼燃料的机型,势必在其翼梁或翼梁中需要更多的横截面积。这将导致机翼结构更重或难以设计制造符合空气动力学的机翼结构。

显然,相比之下,机翼燃料飞机能够使用更轻、更薄的翼梁或翼梁来实现相同的机翼强度,达到更大的升力。

机翼燃油简化燃油系统设计

在机翼中设置燃料可大大降低燃油系统的复杂性,尤其是在上翼单引擎飞机中。很好理解,位于上单翼的燃油,可以利用燃油重力将其输送到发动机中,而无需过多泵压。

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在多发飞机中,机翼燃料可就近输送到同样置于机翼上的发动机,最大限度地减少了对复杂管道的需求。

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机翼燃油提高乘客安全性

除了机翼油箱的工程设计优势外,将燃料定位在机翼油箱中的根本好处是改进燃油泄漏或其他受损情况下的乘客安全。

事实证明,特别是在地面火灾 + 燃料充足时,乘客可以获得宝贵的疏散距离和时间。大家可以了解下华航的飞机地面失火事件。