[原创]一个石油工人来说说固定翼飞机的发动机为什么放到机翼下。

威远将军 收藏 48 20724

网友“生不逢时zhy”发了个贴子,问“固定机翼喷气飞机的发动机都安装在机翼下面为什么不安装在机翼上边?”各种回复五花八门,大部分比较中肯,也有些比较偏颇,威远之前也对这个困惑过,也查了一些资料,就斗胆另开一楼仔细分说分说。


目前所有喷气式客机的发动机装载方式可以分成3种:翼下挂载式、尾吊式、背负式。

下面分别就说说这三种方式:


1、翼下吊挂式

当今所有大中型民航客机,也就是干线飞机,几乎全部都是翼下挂载的,见图1,这样的好处是发动机位置较低,直接检测,或者拆下来大修都比较方便,当然前提是翼下有足够的空间能容下庞大的涡扇发动机,并且能保证安全,不吸入异物,而且发动机离机体较远,有利于减小客舱噪声。


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图1


民航飞机都是下单翼,有些型号的飞机因为空间不足,不得不对发动机外形做调整,把底部抹平,使之能安全的装下发动机,比如波音737的某些型号,见图2。


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图2


另外,军用大运因为要考虑野战机场的恶劣条件,为了让发动机尽可能的高,普遍采用上单翼,这样机下空间大,发动机位置高,避免前轮激起的土石等杂物被发动机吸进去。另外“我从南京来”朋友说:“看一些资料上说,军用运输机普遍采用上单翼主要原因为了降低机身高度,方便装卸空运物资。”见图3。


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图3


民航机不用上单翼,是因为这种结构的飞机,机体结构要加强,使之能承受机翼及其挂载的发动机以及燃油等重量,显然重量和复杂程度会大大增加,极不经济,所以民航机都用下单翼,机翼、发动机重量直接落到主结构和起落架上,机体不用承受很大的重量,从而结构简单、死重量较小,自然比较经济。


2、尾吊式。

目前无论是湾流等小型公务机,还是ARJ21等喷气式支线飞机都是采用机身两侧挂载发动机的方式,即尾吊式,见图4。这么做其实无关气动性能先进不先进,其实完全是因为支线客机机身较矮,又是采用下单翼的结构,所以翼下空间装不下发动机,或者无法安全的装下发动机,必须吊挂在机身两侧较高的部位。


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图4

以前有个白痴攻击ARJ-21的一大理由就是:其他飞机都是翼下挂载发动机,ARJ-21是在两侧,所以ARJ-21太落后。当时没找到那个家伙,今天借这个机会反击一下。


3、背负式。

这种方式比较少见,只在麦道11、图154等少数几个机型上看到过,这种布局其实是无奈之举,因为选用的发动机型号的问题,推力比较尴尬,装2台推力不够、4台又太浪费,只好装3台,而且为了做到推力平衡,只好机身两侧、背部各装一台,其中背部这一台大家位置一样,都是放在垂直尾翼下面,类似背负。但两侧这2台,麦道是挂在翼下,见图5,图154则吊在在机身两侧,见图6。


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图5


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图6


但背负发动机有个很大的问题就是,背部进气使飞机的大仰角飞行性能严重受限,搞不好会进气不足,导致熄火,好在民航机不追求机动性,大迎角飞行的机会不多,而且两侧的发动机可以弥补大仰角情况下的动力损失,但战斗机几乎没有采用的背部进气的。


当然背部进气的例外也有,比如美国B-2轰炸机F2YF-7“海标枪”。B-2生存靠的是隐身能力,见图7,对机动性要求不高,所以对背部进气的不足忍了,但定位战斗机的“海标枪”却注定是个实验品,只能昙花一现,见图8。


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图7

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图8


不过无人机的诞生,使背部进气又焕发了生机,全球鹰就是典型的例子,见图9,中国中航工业研制的天翼-3无人机,也是和全球鹰类似的布局。


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图9


上面絮絮叨叨讲了这么多其实主要是说明大飞机为什么要放在这些地方,至于网友“生不逢时zhy”的“固定机翼喷气飞机的发动机都安装在机翼下面,为什么不安装在机翼上边?”这个问题也做了回答。另外,网友“normaluser ”也说了一个理由,就是“只是为了方便地通过自然重力就能够将机腹油箱和机翼油箱的燃油送到发动机部位的燃油控制系统。而如果把发动机架在机翼上面,那么需要有精密、可靠而且又不可能发生燃烧地通过燃油泵把燃油送到油箱的上方去,这在‘多个香炉多只鬼’的航空燃油供应系统中,从可靠性方面显然是不合适的”(引自normaluser)。


其实,威远认为无论发动机在哪里,加压供油系统都是必须的,因为不仅机翼有油箱,机体也是有油箱的,再说飞机降落时,尤其是异常快速下降时,失重现象可能会对重力供油有影响,因此必须要有可靠的辅助供油系统。


另外,但“normaluser ”还犯了个基本错误,他认为“至于发动机喷气直吹机翼,那只是发动机与机翼之间的一个互动力,无异于自己提着自己的头发向上拽。”


其实从物理原理上分析,发动机直吹机翼,只要翼型合适的话,上下亚差就可以产生向上的动力,也就是只要机翼上下有负亚差,就可以产生升力,不管气流是不是来自自身,这和提着自己小辫子有本质区别。我记得有个牛人设计的一款直升机,采用的就是这个原理,但固定翼飞机上却从来没人这么做,只是因为机翼根本受不了发动机的高温而已,但间接使用这个原理的还是有的,比如安225等大飞机,见图10,就有意识的把垂尾横向外移,借用发动机的高速尾流,提高尾舵的工作效率,因为尾翼离发动机较远,尾流温度已经降到可以承受的底部了。

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图10



本文内容于 2010-5-15 22:05:21 被威远将军编辑

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