【趣聊航空】

早期飛機(jī)由于重量較輕，飛行速度也不快，飛行員靠自身的力量去操縱駕駛桿、踩踏腳蹬就能夠拉的動(dòng)鋼索或傳動(dòng)桿，進(jìn)而帶動(dòng)飛機(jī)上升降舵等舵面的偏轉(zhuǎn)，改變飛行姿態(tài)。

(資料圖)

但在兩次世界大戰(zhàn)的刺激和推動(dòng)下，航空技術(shù)空前發(fā)展，飛行速度和飛機(jī)的重量急速提升，飛行速度從16Km/h，提高到了近800Km/h，重量也由最初的340Kg增加到了幾十乃至上百噸，這時(shí)，舵面的操縱力矩也由幾十公斤增長(zhǎng)到了上百公斤，再單純依靠飛行員一膀子力氣已無法克服舵面的操縱力矩，飛機(jī)液壓系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生了。

飛機(jī)液壓系統(tǒng)就是通過液體壓力來傳遞力和運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行員操縱力的放大，從而達(dá)到“四兩撥千斤”的效果。

那么，飛機(jī)液壓系統(tǒng)為什么能“四兩撥千斤”呢？

要弄清楚這個(gè)問題就必須要明白：什么是液體壓力？液壓是如何傳遞力和運(yùn)動(dòng)的？又是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)力的放大的？

液體壓力是由于液體自身重力和施加在液體上的外部壓力綜合作用的結(jié)果。液壓的單位Pa，表示的是作用在單位面積液體上力的大?。∟/m2），這里的壓力在物理學(xué)上實(shí)際是壓強(qiáng)的概念，在液壓工程中，我們一般提到壓力不是指力的大小而是指壓強(qiáng)的概念。

我們來看這樣一個(gè)水箱，根據(jù)中學(xué)物理知識(shí)，液體中某一點(diǎn)的壓力p=p0+ρgh，p0指的是液面上的外壓力，ρ是指液體的密度，g是重力加速度，h是這一點(diǎn)距液面的高度。

此時(shí)，如果我們?cè)谝好嫔霞右粋€(gè)不計(jì)重量、底面積為S的活塞，并在活塞上施加大小為F的力，此時(shí)，P點(diǎn)的壓力變?yōu)镕/S+ρgh，如果水箱的液面不高或者外力很大，也就是當(dāng)F/S>>ρgh時(shí)，ρgh可以忽略，此時(shí)液體壓力p=F/S，并且，忽略了ρgh之后，我們可以認(rèn)為液體中的壓力處處相等，這實(shí)際就是液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)——“帕斯卡原理”。

實(shí)際上，早在17世紀(jì)，法國科學(xué)家帕斯卡在研究水壓機(jī)時(shí)就總結(jié)出這一原理：“液體在一個(gè)密閉容器中，如果對(duì)液體的某一部分施加壓力，液體就可以把這個(gè)壓力不變地傳到容器的每一點(diǎn)?！?/p>

此時(shí)，如果把水箱橫過來，將管底也換成與面積同為S的活塞，那么，活塞②也會(huì)受到大小為p的壓強(qiáng)，就好像將活塞①產(chǎn)生的壓強(qiáng)傳遞給了活塞②一樣，由于兩個(gè)活塞的面積同為S，所以活塞②也受到大小為F的力。

此時(shí)，如果將活塞②的面積增大為原來的n倍，則輸出的力F’=p*nS=nF，也就是將輸入力放大了，這就起到了“四兩撥千斤”的神奇功效了。

但是，飛機(jī)上寸土寸金，空間極其有限，因此不能無限增大輸出活塞的面積，那還能通過什么方式提高輸出力呢？

同學(xué)們可能已經(jīng)想到了，還可以通過提高系統(tǒng)壓力來提高系統(tǒng)做功能力。事實(shí)上，為了壓縮液壓系統(tǒng)的體積和重量，飛機(jī)液壓系統(tǒng)已經(jīng)從一代機(jī)的21MPa，發(fā)展到了蘇-27等三代機(jī)使用的28MPa，而目前，液壓系統(tǒng)壓力還在朝著更高的壓力水平邁進(jìn)。

講了這么多，飛機(jī)液壓系統(tǒng)到底有哪些用途呢？

液壓系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)而言至關(guān)重要，它就像人體的供血系統(tǒng)一樣，通過遍布飛機(jī)的“血管”驅(qū)動(dòng)肌肉組織（也就是作動(dòng)筒）的運(yùn)動(dòng)，這樣就能很輕松的實(shí)現(xiàn)收放起落架、操縱前輪轉(zhuǎn)彎、操縱舵面偏轉(zhuǎn)等很多人力難以完成的動(dòng)作。

審核：郁大照（海軍航空大學(xué)）

撰稿：宋山松

策劃：吳玉良 周堅(jiān)毅 宋雅娟 肖春芳

監(jiān)制：張　翼 戰(zhàn)　釗

出品：中國科協(xié)科普部 海軍航空大學(xué) 光明網(wǎng)