飞机上不能开窗，氧气是怎么来的？

Question

其实每次坐飞机我都很好奇，飞机上的窗户不能打开，而且高空氧气稀薄，那大家怎么呼吸？

Answer 1

航空航天专业的同学来回答一下这个问题啦。

只要你在大气层内飞行，那么氧气总是会有的，无非是就是飞到高空的时候，氧气含量非常低而已，正常人根本无法呼吸这种低含氧量的空气。另外，当飞机在高空飞行的时候，飞机外的空气温度是非常低的，如果直接把这些空气引入到机舱里面，恐怕机舱里面的乘客下飞机的时候都要变成冰棍了。

所以你需要问的问题不是飞机中的氧气是哪儿来的，而是飞机是怎么把外面的稀薄的氧气变成我们可以呼吸的氧气，又是怎么把这些冰冷的氧气加热到我们可以呼吸的。

好的，我们来回答这个问题。实际上，我们在飞机上呼吸的空气都是被发动机压缩过的。如下图所示，就是一台民用航空发动机的内部结构。

航空发动机的工作原理就是通过压缩机把空气压缩到高压状态，然后混合上燃料之后点燃，利用高温燃气推动发动机转动的。而这个压缩机的作用就是把很大体积的空气压缩到很小的体积，换句话说，原来稀薄的空气经过压缩机一压缩，就变得“充实无比”。所以用发动机里面的高压空气来供给机舱内的空气是再合适不过了。

如下面两张图所示，就是飞机通过发动机来供给飞机内部的空气。简单说，空气进入发动机之后被发动机的压缩机压缩到很高的压力，然后就可以把这些空气导入到机舱里面，给机舱内的人呼吸。

但是，随着空气流入航空发动机之后被加压，空气的温度也会同时逐渐被提高，甚至于可以达到几百摄氏度的高温，所以这个时候你需要担心的不是氧气量不够、温度太低，而是氧气太多了【压力太大】、温度太高。

所以这些高温高压的空气在进入机舱之前，还需要通过复杂的冷却循环装置来冷却这些空气。另外，这些空气中可能包含的水汽也会损害到飞机内部的一些结构，所以还需要给这些外来的空气“脱水”。如下图所示，就是冷却循环装置。总之，发动机里面的高压高温的气体在这套系统里面降温、降压、脱水，直到合适人呼吸之后，才进入到飞机机舱中。

当然了，如果你仔细观察飞机，会发现飞机肚子上有很小的一些口子，这些口子也是用来进气的。而且随着飞机的起降，这些小口子还会呈现不同的张开状态。有人就会说，这是飞机机舱内空气的进气口，这个说法是错误的。这些通过机腹进来的空气是用来冷却刚刚说的高温高压空气的【上面那张图里面的冲压空气进气口说的就是这个进气口】，流进来之后很快又流出去了，所以不会进入到机舱里面。最终进入到机舱里面的空气，是从发动机进去的。

所以说，飞机的发动机真的是什么都干，不仅要驱动着飞机让飞机能够翱翔在天空，还要像吸管一样不停地从外界吸收空气、压缩空气、加热空气，来让这些空气变得适合人们呼吸，所以发动机真的是飞机上的“劳模”呀！

Answer 2

巧了，本科(好久以前了都)学飞行器结构设计课的时候真的研究过这个问题。

出于经济(省钱)的角度考虑，以及大气环境的稳定性和安全性，民航客机巡航高度一般都设置在对流层的上部，这里空气中颗粒物质少，云层少，能见度高，而且不会有强对流的大气现象发生(初中地理居然还记得)。一般国内航班的巡航高度在6800-8000米之间，国际航班要高一些，在9000-11000米之间。这种高度的大气(零下四五十度，想想都很冷)是无法供给人类(鸟也不行)呼吸的。相比于飞机自带氧气或压缩空气，直接把窗外冷冰冰(划掉)的空气通过一些手段处理，变成适合人类呼吸的空气，显然是一个更经济实惠的选择。

这里的“处理”主要需要进行两部分工作：

第一是把如此稀薄的空气进行加压，把气压调整到我们能够适应的范围。然而并不是我们在地面时的压力，因为机舱外的压强小，机舱内的压强大，需要把机舱壁板设计得很强来抵抗这个压强差可能造成的破坏，而内外的压力差越大，这个机舱就要设计得越厚，自然飞机就会越重(费油)。

一般来说是把机舱内的气压设置为海拔2700米左右的气压，这是一个舒适度与经济性平衡(吵架)的结果(也是飞机起降时耳朵不舒服的罪魁祸首)。把空气加压这部分工作主要通过压缩机来完成，跟空调和冰箱上的那种原理是一样的(很low是不是)，只是飞机上有现成的压缩机：发动机中的气体在进入燃烧室之前，需要经过压缩以提高燃烧效率，所以干脆直接把这部分空气从压缩机后的一个管道引入到客舱的空调系统中，岂不是十分方便，一举两得(想想自己呼吸的空气是通过上千万的压缩机压出来的，是不是还有点小激动呢)。

此外，新一代的飞机比如Boeing-787，采用了一种更高效(麻烦)的方法，就是用发动机的涡轮带动一个小的发电机，再用产生的电驱动一个额外的压缩机把空气进行压缩(这样旅客就不会闻到空气中航空煤油的味道了)。

第二部分的工作就是把窗外零下三五十度空气加热到合适(哪里合适了每次坐飞机不是冻死就是热死)的温度。这部分就不需要额外的能量了，毕竟发动机尾气的温度还是很高的，在发动机后面装一个热交换装置就足够了。加热的只是一小部分空气，如果都加热的话，飞机里怕是要变成烤炉了。剩下就是靠飞机的空调系统和温控系统对冷热空气进行充分混合，然后输送到客舱里。同时也有一个排气系统，负责把客舱内的空气不断地排出到客舱外，以更新客舱内的空气，否则人肯定是会憋死的。

如图是典型的座舱增压系统(摘自本科时小组做的课件)。程色的路线表示从发动机引入的空气，红色表示客舱的废气，一部分废气直接排出客舱，一部分废气通过混合装置(Mixing Unit)与经过空调的发动机引入气体相混合，再次进入客舱。至于为什么这么设计……别问，问就是省钱！

下面的图是Boeing737-800的客舱空气外流阀。后外流阀允许客舱空气排出到机外以保持客舱压力。前外流阀接收一个从后外流阀来的控制信号。当后外流阀被关闭时，前外流阀接收个信号驱使完全关闭。需要注意客舱是恒定泄漏的，并非完全密封，也就是如果飞机掉在河里，是会慢慢沉下去的，参见全美航空1549迫降哈德逊河。（是不是吓了一跳？别慌，设计师早就算好了，稳得一批）

说到这里想起来本科的时候学到的一个很有意思的知识点，飞机的货舱也是需要进行同样的加压处理的。我一开始也觉得很奇怪，货物又不需要呼吸，为什么要加压呢，不是浪费钱吗？事实是如果脚下的货舱不加压的话，由于客舱与货舱之间存在压强差，不停起飞降落会对地板产生重复加载的循环载荷，这会大大缩短地板的使用寿命。与其把地板加厚，还不如干脆把货仓也加压更好(省钱)。

总结下来一句话，民用客机所有的设计，都是为了省钱啊！

Answer 3

随着人类科技的不断进步，交通工具越来越先进，速度也越来越快，目前人们出行最快的交通工具就是飞机。我们都知道，客机的飞行高度都在平流层，短航线的客机飞行高度大概6000-9600米，长途航线的客机飞行高度在8000-12600米之间，越是大型的客机飞行的高度一般也越高。

于是有一些朋友就有了一个疑问：飞机上是不可以开窗的，那么舱内的氧气是如何供应的？平流层以上的氧气越来越稀薄，乘客的生存离不开氧气。可能有一些朋友认为飞机内的氧气是由氧气罐等设备供应的，事实上是这样吗？当然不是，下面我们听听专家的解释。

客机内保证乘客生存的充足氧其实是从飞机发动机来的，这跟飞机的压气机有关，在客机发动机内部有专门的压气扇，它可以将外部稀薄的空气压缩起，然后通过飞机内部的空气循环系统将这些空气送往乘客所在的地方。


飞机发动机都是强悍的，它不仅保证着动力的输出，保护着飞机的安全，同时它还负责着飞机内氧气的循环和供应，这样其实是把发动机的一部分功率分配给了循环制造空气，这无形中就会消耗掉一部分发动机的功率，好在发动机正常飞行下也不是满负荷运行，都有所保留。


当然，飞机的飞行有时也不可能一帆风顺，难免会出现一些意外情况，当飞机遇到紧急情况发动机需要全功率运行的时候，这个时候舱内的氧气可能会暂时供应不足，这个时候机长及乘务人员会及时通知大家将座上上方的便携式氧气罩摘下来戴上，它可以暂时保证你不会缺氧气，不过这个时间是短时的，一般不超过30分钟，一旦危机解除，飞机舱内又恢复到了正常的从氧状态。


如果遇上特殊情况，问题没有在30分钟内解决，飞机也会及时降低高度，高度降下来，外面就会有充足的氧气，也不用再胆心缺氧的情况发生，还有就是飞机内的空气比较干燥，这主要还是飞机的空调在调节从发动机吸进来的空气过程中，为防止降温时水分结冰给飞机带来危险，将空气进行干燥处理，因此我们在坐飞机的时候会感到特别干燥，这个时候要注意多喝水。

Answer 4

主要来自于飞机发动机的压气机。由于采用的都是涡喷或者涡扇发动机，发动机前端部分就是由一系列叶片组成的压气机，当发动机工作室，压气机就可以通过高速旋转吸入外部稀薄的空气，
并持续进行加压。其中一部分气流没有流入发动机燃烧室，而是经过专门的管路进入到飞机的空调通风系统中，在这一系统内部，会对这一高压气流进行减压到标准大气压值时，通过分布在机舱内大大小小的通风口进行释放，从而供给乘客正常使用。

高空飞行的飞机如何满足人体最低耗氧量。通常做法是利用飞机发动机压气扇压缩空气，经过飞机空调系统加热后送入客舱，同时也会消耗一定发动机有效功率。当然，机舱内压强会略低于标准大气压，大概是75%。飞机在万米高空巡航时，由于空气密度太低导致升力不足，为了维持巡航高度，发动机不得不大功率输出。为了满足高空巡航速度要求，额外功率消耗越小越好。还有，高空巡航的客机机舱内外压力差过大，对舱体密封件密封性能也是有害的。
增压座舱，充氧循环，高空减压等等手段解决座舱内的氧气。主要针对乘客。飞行员的增压座舱就不一样了会一直保持一个压力，和一个氧气含量。
这样就区分了战斗机为啥一会高一会低都没事，但是客机就不行了，只能飞高，然后飞低，飞低后再飞高就必须进行补充氧气，增大气压的办法。

以前潜艇也使用过类似技术，潜艇的更复杂而已。
飞机机舱是严格密封的，这时飞机会从发动机压缩段直接提取高温、高压的空气，经过自动加压后再进入飞机的空调系统，通过空气过滤、温度和湿度调节等之后，把适宜的新鲜空气释放进入机舱，同时会把机舱内不新鲜的空气排出去，保证机舱内的空气流通。

由于飞机机舱属于空间薄壁结构，像个高空气球一样，飞机内外压差还不能过大，这也为了飞机的结构寿命，所以加压空气的时候并不会把舱内气压完全加和地面一样的标准大气压，比如万米高空舱外0.2个大气压，机舱内是0.8大气压，这时乘客也是可以适

Answer 5

主要来自于飞机发动机的压气机。由于采用的都是涡喷或者涡扇发动机，发动机前端部分就是由一系列叶片组成的压气机，当发动机工作室，压气机就可以通过高速旋转吸入外部稀薄的空气，
并持续进行加压。其中一部分气流没有流入发动机燃烧室，而是经过专门的管路进入到飞机的空调通风系统中，在这一系统内部，会对这一高压气流进行减压到标准大气压值时，通过分布在机舱内大大小小的通风口进行释放，从而供给乘客正常使用。
高空飞行的飞机如何满足人体最低耗氧量。通常做法是利用飞机发动机压气扇压缩空气，经过飞机空调系统加热后送入客舱，同时也会消耗一定发动机有效功率。当然，机舱内压强会略低于标准大气压，大概是75%。飞机在万米高空巡航时，由于空气密度太低导致升力不足，为了维持巡航高度，发动机不得不大功率输出。为了满足高空巡航速度要求，额外功率消耗越小越好。还有，高空巡航的客机机舱内外压力差过大，对舱体密封件密封性能也是有害的。
增压座舱，充氧循环，高空减压等等手段解决座舱内的氧气。主要针对乘客。飞行员的增压座舱就不一样了会一直保持一个压力，和一个氧气含量。
这样就区分了战斗机为啥一会高一会低都没事，但是客机就不行了，只能飞高，然后飞低，飞低后再飞高就必须进行补充氧气，增大气压的办法。
以前潜艇也使用过类似技术，潜艇的更复杂而已。
飞机机舱是严格密封的，这时飞机会从发动机压缩段直接提取高温、高压的空气，经过自动加压后再进入飞机的空调系统，通过空气过滤、温度和湿度调节等之后，把适宜的新鲜空气释放进入机舱，同时会把机舱内不新鲜的空气排出去，保证机舱内的空气流通。