說到發(fā)動機布局,大家腦海里面是不是都浮現(xiàn)出各種各樣的把發(fā)動機“掛在”機翼下面的飛機?確實,目前民航噴氣式飛機基本都采取了把發(fā)動機掛在機翼下面的布局方式,但也有例外。 就民航機而言,發(fā)動機個數(shù)從2個、3個、到4個都有。安放的位置也基本上就是機翼下方、機身尾部、垂尾上這幾種,安裝在機翼下方是最普遍的,好處應(yīng)有以下幾個方面: 1.這樣安裝方便維護與檢查。據(jù)說MD11的2發(fā)(安裝在垂尾上)維護起來就非常困難,目視檢查基本上做不到,飛機不像汽車,飛機是每次飛行前都是做詳細檢查的。 2.發(fā)動機的尾流對升降舵與方向舵的氣流效應(yīng)影響小,提高飛機的操控性能,這個很明顯的。 3.對飛機的橫向穩(wěn)定性有好處。發(fā)動機吊裝在機翼下方,就像走鋼絲的人手里拿的一定重量的平衡桿一樣,可以提高飛機的靜穩(wěn)定性。 4.優(yōu)化空艙環(huán)境,減小噪音對乘客的影響。 5.若發(fā)動機安裝在機翼上方 必然會干擾大翼上表面的氣流流場,損失升力,尤其是上表面的氣流十分重要。一個簡單的例子,飛機大翼的結(jié)冰檢查,上表面是絕對不允許有任何結(jié)冰的 而下表面則不是(前幾年的包頭空難即是大翼表面結(jié)冰導(dǎo)致攻角增大引起失速墜機的)。 發(fā)動機布局的位置不同,產(chǎn)生的升力不同,同時,機翼下方發(fā)動機間距也影響著飛機的平衡力和機翼升力。波音747、A380等四發(fā)客機,機翼一側(cè)的兩個發(fā)動機距離較遠,對機翼的受力是否會受不利影響呢? 恰恰相反,外側(cè)兩個發(fā)動機要距離遠對機翼受力正好有利。如圖,飛機在空中時多數(shù)時候升力等于重力,發(fā)動機越靠近翼尖翼根部分受力矩越小(力矩=力×距離) 之所以沒把發(fā)動機都安在翼尖上的原因在于一旦單發(fā)失效的話發(fā)動機距離機身越遠產(chǎn)生的偏航/滾轉(zhuǎn)力矩就會越大,進而影響飛行安全。 而且還有一個原因就是發(fā)動機炸了不會讓相鄰的發(fā)動機遭殃,在雙發(fā)戰(zhàn)斗機上,出于這個原因,經(jīng)常會引起雙發(fā)失效。A340,A380,747的側(cè)視圖都能看出來,發(fā)動機側(cè)面投影并不重疊,這當(dāng)然需要兩個發(fā)動機隔開一段距離了。 別看B-52兩個發(fā)動機并在一起,那是因為B-52對推力需求大,當(dāng)時科研水平不高,設(shè)計B-52的時候還沒有可供選用的大涵道比渦扇發(fā)動機,發(fā)動機推力不夠,所以就只能兩臺頂一臺湊合著用了。假設(shè)8發(fā)均勻分配在整個機翼上,那這結(jié)構(gòu)就熱鬧了,還不如一個掛架掛兩個,這也算是工程學(xué)上妥協(xié)的結(jié)果。 如果你把B-52并排的兩臺發(fā)動機看作一臺的話其實你就會發(fā)現(xiàn)B-52的發(fā)動機布局和B747、A380等四發(fā)機型布局差不多了~ 飛機飛行時,機翼產(chǎn)生升力,受向上彎折的應(yīng)力。所以機翼下方掛發(fā)動機對平衡力來說,當(dāng)然是有好處的。不光掛發(fā)動機,機翼里面的油也是在巡航中最后被消耗的。所以個別飛機在翼尖上增加載重物,從而使翼根處向下的彎矩變大,以來更好的平衡升力對機翼向上的彎矩,例如下圖F-104星戰(zhàn)。 現(xiàn)在大部分民航客機都使用結(jié)構(gòu)油箱,就是把燃油存放在大翼里。就320來說一個大翼油箱可以存六噸多的油,而且在翼尖還有個外油箱(可裝700公斤左右)。為什么這樣設(shè)計,因為320的起飛重量在六十多噸(別提重型客機了得幾百噸),而飛機升力是由大翼提供的,想象一下,你在飛機機翼上表面打幾個吊點把飛機吊起來,這個時候是不是飛機機翼翼根處受的負荷特別大?這個時候把飛機上重量的一部分(燃油)放在大翼里,這個時候根部的負荷就少了很多。而力矩等于力乘力臂,離機翼根部越遠起到的卸荷作用越大,所以這就是外油箱和發(fā)動機掛在機翼下表面的原因了。而四發(fā)飛機外側(cè)發(fā)動機更是比內(nèi)側(cè)發(fā)動機起到的卸荷能力要多很多。 在飛機機身上,發(fā)動機的位置和間距的布局,取決于各方因素,但總歸,是為了更好的滿足飛機的飛行技術(shù)需求。 |
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