飞机降落后机身是热的还是冷的?

发布时间:
2023-08-24 12:46
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摸过协和么?冰冰的。下降阶段甚至会是零下。

之所以拿协和来举例,是因为它是客机里飞得最快的。经英国女王陛下的皇家文书出版署主事官许可(认真的)复制如下图表:

协和式飞机的外部结构温度。by 英国国防评估与研究局。英国王室版权所有

上图中的黑实线描述了协和式飞机在远程(跨大西洋)飞行过程中,飞机外表面经历的温度变化。由图可见,受超音速空气动力加热的影响,机身蒙皮温度变化比亚音速飞机要大得多。

在飞行开始阶段,随着协和飞机亚音速爬升到气温低至零下50多摄氏度的高空,通过音障前的飞机蒙皮的温度最初会下降。(现在商用飞机蒙圈皮通常设计为能抵御-54°C的低温暴露)

图中右侧Concorde就是协和飞机

正如你猜想的那样,超音速巡航后,压缩空气会导致蒙皮的高温(而不是摩擦)。温度随着速度的提高而显著提高。当飞行速度突破音速继续提升时,蒙皮温度开始急速上升,在2.0马赫时,蒙皮温度达到100摄氏度左右。[1]

2马赫时协和飞机蒙皮温度情况

在达到2.2马赫的巡航速度时,蒙皮温度可达120摄氏度以上(最高温在机头处,因空气压缩最厉害,可达207摄氏度)。2.4马赫时,蒙皮的平均温度可以达到150摄氏度以上。


影响飞行中飞机蒙皮温度的主要因素有两个:气温和飞机速度。(除此之外,还取决于表面材料和外形的平整度、喷涂水平、攻角、光照条件以及表面的反射率等)速度与温度上升的经验近似值是:

其中RR是温度上升值,单位是K,V是空速,单位是节。可以看出温度的上升与速度的平方大致成正比。波音737的巡航速度大约在900公里/小时,也就是500节左右,所以温度会上升33度,减掉最多零下50度的大气温度,算得温度在零下20度以上。(实际数据表明,当民航客机在正常的巡航高度和速度下飞行时,飞机外壳的实际温度约为-25至-30摄氏度[2])也就是说,目前大部分的民航客机的蒙皮在飞行时是冰冰凉凉的(直到降落时才会慢慢回升到当地气温)。[3]

6.7马赫时,X-15机身上突起的烧蚀绝缘材料被剧烈加热

[4]事实上,协和飞机的遮阳板的玻璃面板都是带电加热的。而且从进气口前部到机翼前缘等都有电加热装置(被称为ice protection装置)。下图红色箭头指的黑色区域,就是冰保护系统的一部分

为什么需要冰保护装置呢?因为在协和飞机下降过程中,温度变化情况会反过来。速度从巡航速度降至亚音速,蒙皮表面的热量迅速被寒冷的高空大气所吸收(主要是近场热辐射交换、对流),被吸收的热量大于产生的热量导致温度的骤降。在下降期间会低至零下20度的低温。然后由于高度下降大气温度上升,在落地前蒙皮的温度会回升到0度左右。落地后滑行时,温度逐渐升高至10度左右(视当地气温而变化),停稳一段时间后已经接近环境温度了。

所以总结一下:空气摩擦产生的热微不足道,但即使是压缩空气产热,也会在下降过程中消散。最终当你能摸到它的时候,差不多只比气温低一点点了。

END