飞行的高度

问：我最近搭乘了一次跨越大西洋的航班，飞机上的电视检测器随时显示着飞行数据和位置图。让我大为不解的是飞行的高度：我们飞得比珠穆朗玛峰还高，可美国和欧洲之间的大西洋上并没有高山啊，那么保持这样的飞行高度有什么必要呢？

答一：飞机在高空所受的阻力将大大减小，因此它能飞得更快。这根本上是由于高空中空气分子相对较少的缘故。为了表示飞行高度对速度的影响，工程师们通常要为飞机计算两个速度：指示空气速度（IAS）和真实空气速度（TAS）。其中IAS是根据进入通风口的空气分子数量来测量的——因为它造成的气压能使速度计的指针移动。

在海平面，IAS和TAS数值相等。如果飞得高一些，空气密度将减小。这样，要使通气口中仍然有相同数量的分子通过，就必须飞得更快一些。此时TAS就不再等于IAS，而在巡航高度，TAS约等于IAS的两倍。

举力和阻力都取决于IAS而不是TAS，在保持IAS不变的前提下，飞行越高相对地而的速度也就越快。而且商用客机的引擎往往在高空运转得更出色。当引擎达到最高转速的80%-90%时，燃料也到了最佳性能状态。在固定的转速下，引擎推力也和空气密度一样随着高度的增加而减小。因此只有在高空的条件下，阻力才能小到足以使引擎发挥最大效率的程度。如果在空气密度较大的低空使飞机具有相同的速度，那么引擎的转速无疑是要降低的。

答二：为什么客机飞得这么高的一个原因是，喷气式引擎在那样的高度比在最低安全离地高度下效率更高。

喷气式引擎主要依靠加热空气来产生推力。因为高空的空气比5000英尺低空处的空气寒冷得多。温度的上升也就更剧烈。从而相同质量空气所产生的推力也就越大。

答三：这样做有一个好处是飞机基本上摆脱了对流层，这也就意味着它摆脱了坏天气、风暴和气旋等的困扰。在不受气候影响的飞行中，乘客将更加安全舒适，机组人员的工作更加轻松，机身所受压力也将有所减轻

答四：飞机速度是以马赫数——也就是飞机的绝对速度与声速的比值——来表示的。大约在28000英尺以上，最大TAS（真实空气速度）就要受到最大马赫数的制约。绝大多数现代飞机的最大马赫数介于0.8到0.9之间，而正常运行时应为0.78到0.85.如果超过了最大马赫数，飞机上部的部分气流将变为超音速，这将使阻力骤然增大从而影响飞机的运行。

编者附记：本刊自上期起在封三新推出“趣味科普问答”专栏，希望能引起读者的关注和兴趣，本专栏的材料目前主要根据英国《新科学家》杂志的相关内容编译而成，但我们的目标是想由我们国内的读者提出各种日常生活中的现象，并请有关专家或对此有见识的读者发表各自的看法，从科学的理解上给予解释。如有这方面的稿件，本刊将乐于随时组织和刊发。总之，编者想通过这一专栏，引起更多读者多观察并发现身边的、日常的生活中的有趣现象，在思考和学习的基础上给出合乎情理的解释。并藉此推进公众理解科学活动。