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航空科普小知識:發動機布局的“門道”知多少?

作者:admin 發布日期:2019/2/15 關注次數: 二維碼分享

航空發動機是一種高度復雜和精密的熱力機械,為航空器提供飛行所需的動力。航空發動機不僅在性能上存在很大差別,在安裝的具體位置上也有所不同。一般來說,噴氣式飛機的發動機除了常見的翼吊式布局外,還有翼根、尾吊和翼尾吊等布局。


先從常見的翼吊式布局入手。這種布局方式首先出現在轟炸機上,后來在幫助波音奠定行業巨頭基礎的波音707飛機上采用。一經采用,這種布局就當仁不讓地成為了主流。之所以如此受追捧,在于其有諸多優點。首先,這種布局有利于利用發動機的重量抵消飛機機翼與機身連接處的部分扭力,起到重要的“卸載”作用。

在飛行過程中,飛機靠機翼產生向上的升力,而重量較大的機身又產生很大的向下重力。如此一來,在機翼和機身的連接處,機翼產生的升力和機身產生的重力就形成了很大的扭力,使翼根成為飛機結構上較吃重的地方。如果將非常重的發動機吊在機翼下,就可以把一部分重量分散到機翼上去,有助于平衡翼根處所受到的扭力。



將發動機吊在機翼下面,還能減輕噪音帶來的不適感。飛機在飛行時,發動機的聲音非常大,會給發動機區域附近的旅客帶來非常嘈雜的感覺。而安靜的艙內環境是衡量飛機舒適性的重要標準。為此,飛機設計師們設想,如果將發動機吊在機翼下,不僅能讓機翼對發動機的噪聲形成遮擋屏障作用,而且能讓發動機盡可能地遠離機身,從而減輕噪音的影響。

此外,將發動機吊在機翼下還有下列優點:發動機距離地面更近,維修和養護更加容易;安裝在機翼下方的發動機距離飛機重心位置近,使飛機更容易控制;由于機翼的面積較大,因此在翼下增減吊掛發動機的數量也相對容易。

將發動機吊在機翼下可不是隨隨便便放上了事,需要綜合考慮飛行中的阻力、氣流等多方面因素。民航飛機基本上都是下單翼,在此情況下,飛機設計師要確保吊掛在機翼下的發動機不能距離地面過近,為的是防止吸入地面雜物,損壞發動機。

我們通常所說的翼吊式發動機是在機翼下方吊掛發動機,但是也有反向行之,將發動機布置在機翼上方的。其實,從翼上發動機不受翼下離地高度的限制、具有和翼下發動機同樣的卸載作用等角度來看,翼上發動機布局非常科學。然而,一旦將發動機置于機翼上方, 那么就不能形成機翼對發動機噪音的遮擋作用。此外,翼上發動機布局由于將發動機的位置提高,使發動機的維護變得困難。將多種因素綜合考慮后,目前采用翼上發動機布局的飛機并不多見。


翼根布局是一種歷史悠久的發動機布局。從早期的噴氣式客機“彗星”和圖-104開始,設計師們就將發動機裝在機翼根部。設計師之所以選擇這種布局,是因為這種布局能使飛機保持著由機翼、機身、尾翼三組主要空氣動力部件形成的外形,引風阻力減小。而且, 由于發動機距離機身中軸線、機體重心比較近,一旦一側發動機出現故障后, 產生的推力不平衡也比較小,飛行控制比較簡單。因此,早期的噴氣式客機大多采用這種發動機布局。

當然,這種布局也有明顯的局限性。翼根發動機布局使發動機緊靠機身, 此舉一是會讓機艙內的噪音很大,二是發動機噴出的熾熱氣流容易對機身造成損壞。此外,這種布局形式讓機翼穿過發動機艙和機身連接,使受力系統的設計變得復雜,加大了機翼根部的結構重量。此外,由于發動機安裝在機翼結構之內,增加了對發動機維修的難度。


尾吊式布局就是將發動機置于飛機尾部。起先采用這種發動機布局的噴氣式客機是“快帆”,后來出現的波音727也采用了這樣的布局。

這種布局的優點很明顯:一是機翼下沒有多余的凸起物,減輕了發動機吊艙對升力和阻力的影響;二是對翼下空間沒有硬性要求,設計師可以縮短起落架高度,節省結構重量;三是可以為位于機身前部的頭等艙、公務艙,甚至高端經濟艙提供更加安靜、舒適的環境;四是發動機的直徑也不用受空間局限,可以采用非常大涵道比的發動機;五是由于發動機距離較近,一旦單發失效,對飛機偏航的影響遠小于翼下吊掛布局。

這種布局也存在著缺點,比如瓦解了發動機對機翼的卸載作用;機尾發動機布局要求采用高平尾,需要在機型設計時加強垂直結構;不能隨意增減發動機數量等。



“翼吊+尾吊”發動機布局,可以在部分采用3臺發動機的飛機上看到。其中,具代表性的是美國麥道公司生產的DC-10和MD-11遠程寬體客機。當初,采用這種發動機布局方式的指導思想是在尾翼上加裝一臺發動機,以增大飛機的動力,延長飛行距離。這種“翼吊+尾吊”發動機的布局方式,隨著民用飛機二發吊裝的日益普及,已逐漸被淘汰。

文章轉載自:中國航空報



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