为什么有的飞机发动机在机翼下方,有的在尾翼上方,各有什么优点?

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飞机发动机最佳安装位置涉及到航空工程诸多专业。最早使用活塞式螺旋桨发动机的飞机发动机要么在机头,要么在翼下,直到涡喷发动机的出现,发动机安装位置及安装方法才成为一个比较现实的问题。

DC-3客机将发动机直接安装在机翼里面

涡喷发动机可靠性比活塞式发动机要好,但是在发展初期,一个严重的问题十涡轮盘故障。由于涡轮盘动能很大,能产生很大的破坏力,直到今天保证涡轮盘的完整性都是摆在最主要的设计要求里的。上世纪50年代前后,波音公司在B-47和B-52轰炸机上采用了翼吊式发动机布局,能有效保证飞机不受发动机解体的严重影响。

B-47同温层喷气轰炸机采用翼吊发动机布局

几乎在同一时期,英国人意识到发动机直径会持续增大,采用翼吊式发动机布局适应好,可以灵活的安装更大尺寸的发动机。

翼吊式发动机布局进气效率高,大迎角飞行时不利受到的不利影响最小,通往发动机的油管不必穿过机身,且发动机位置安装自由度高。

由于发动机安装位置影响着飞机的尾翼和控制面的位置和尺寸(如一台发动机失效的时候会产生很大的偏航力矩),所以需要较大的控制面来抑制偏转。

双发的A330客机发动机尽量靠内防止偏航力矩过大

采用尾吊式发动机布局的飞机可以防止单发失效带来的偏航力矩过大问题,但它对飞机的重心位置有很大影响,与飞机的纵向稳定和操纵要求十分相关。

在后机身安装发动机会增加飞机结构重量,一是因为发动机重量较大,二是随着飞机重心的后移需要更长的前机身配平。更长的机身需要更大的安定面,过长的机身也会让飞机满载时重心位置和空载时重心位置相差太大,所以当发动机变得越来越大的时候,尾吊式发动机布局缺点迅速扩大,这是采用尾吊式大型飞机被淘汰的原因之一。

湾流G550公务机采用尾吊式发动机布局

支线客机或者小型公务机上一般采用尾吊式发动机布局,法国南方飞机公司“快帆”首先采用了这种布局,具有高升力动力学特性,可以在较短的跑道上起降。此外,“干净”的机翼在大马赫数飞行时具有更小的阻力,飞机可以飞得更快。

采用尾吊式发动机布局的飞机在小迎角时飞机平尾(基本都是T型尾)不受机翼下洗流的影响,飞机机体表面受发动机噪音的影响区域大大减小,可以保证客舱更安静。较高的发动机安装位置可以避免更多的损坏(如机腹擦地或外来物损害),起落架也可以做得更短更轻。在此种布局的基础上还催生了三发飞机。

俄罗斯图-154M客机采用三发布局

还有一种是采用翼埋式发动机布局,英国的“彗星”客机最早采用这种布局,当时设计和材料不过关,机体结构强度不够(尤其是翼根处受力较大)才使用这种布局的,但这种布局弊端太多,例如影响发动机进气、发动机维护更换麻烦、限制发动机尺寸、影响机体空间等,所以很快被淘汰。

我国的轰6仿自苏联图-16轰炸机,这种布局也证明它在气动布局方面的落后。

轰6中型轰炸机采用翼埋式发动机布局

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把发动机挂在机翼下方是目前最常见的发动机布局方式,我们把这个称之为“翼下悬挂式”布局,从波音737空客A320到波音747空客380这样的大型干线客机基本用的都是这种布局。

翼下悬挂式最早出现在轰炸机上,后来波音707的出现帮助这种布局方式奠定了主流的地位一直到今天。飞机在飞行时,机翼受到向上的升力,因此在机翼和机身连接的翼根处就会产生向上弯曲的力矩,把发动机挂在机翼下方正好利用发动机自身的重量来抵消这个力矩,减轻了翼根处的载荷,因此平衡翼根处的力矩是翼下悬挂式发动机布局最大的优点

此外,把发动机挂在机翼下面,使得发动机更靠近地面,便于机务人员对发动机的检查和维修。另外飞机在飞行时,机翼对发动机的噪声形成遮挡屏障作用,减轻了客舱内发动机的噪音。

接下来说说把发动机装在飞机尾部,我们把这种发动机布局方式称之为“尾吊式布局”。尾吊式布局目前基本用在小型的支线客机上,比如波音717、庞巴迪的CRJ系列还有我们中国商飞的ARJ21支线客机。

尾吊式布局的优点有以下几个:

1.由于机翼下方不悬挂发动机,飞机起落架高度可以减小,从而节省结构重量。

2.翼下悬挂发动机影响了机翼的升力系数,尾吊式布局就没有这个问题。

3.由于不受机翼下方空间限制,可以采用大涵道比的发动机。

4.由于两台发动机距离机身较近,一旦单发失效,对飞机偏航的影响远小于翼下吊挂布局。

5.飞机前部客舱噪音小。

但尾吊式布局的缺点也很明显:

1.不如翼下悬挂式布局可以平衡升力在翼根处产生的力矩。

2.为了避让发动机,水平尾翼就要采用高平尾(T型尾翼),而且需要对垂直尾翼的结构进行加强。

3.飞机尾部噪音大。


熊猫爱飞行


绝大多数飞机的发动机在机翼下方,这样可以方便地勤人员的检修,飞行是高风险的活动,发动机就是飞机的心脏,发动机一旦有毛病,轻则返场迫降,重则机毁人亡,所以对待发动机可马虎不得,得把发动机伺候好了,免得它发脾气闹罢工。

据说飞机在天空飞行一小时,地勤人员在地面就得检修2个小时,不像修汽车,有点小毛病还可以凑合着开,飞机部件有问题就得换,不能勉强,找不出来毛病或者毛病较大,整个发动机都得换,大飞机的发动机几十吨,如果在机翼的上方很难操作,用吊挂的方式安装发动机就解决了这个问题,可以很方便快捷地拆装发动机。

另一方面发动机挂在机翼下有助于提高飞机的飞行速度,并且机翼的承载能力要比尾翼和垂直尾翼强,更为安全。挂在机翼下方的发动机推力可以更大,效率更高。更容易保持重心在机舱中央,缺点是当水上迫降时,会形成极大的阻力,很可能导致飞机撕裂,而后置发动机的飞机不会发生此事。

发动机装在尾翼上方是比较罕见的例子,双发和四发的都是挂在机翼下,只有三发有一个发动机要放在机尾,因为没地方放了.原来的三叉戟和麦道用过三发的.现在已没有三发机型了.因为维修太不方便。


浩荡扬子江


小编想说,您看到的机翼在上方的,应该大部分都是军用运输机,机翼在下方的大部分都是民航客机。如下图:

(中国空军运-20军用运输机,昵称“胖妞”)

(国内民航中短途典型客机机型空客A320)

很多网友问,为什么机翼有的在上方,有的在下方呢?

其实这和两种飞机的属性和功能特点有关,民航客机是乘客乘坐的交通工具,在制造上,更关注客舱空间的布置、乘坐舒适性、维修的便捷性等。

下单翼飞机的优点:

1.下单翼有助于屏蔽发动机噪声提高舒适性。

2.下单翼的发动机位置低,便于维修。

3.下单翼的翼梁在地板下,便于安排客舱。

4.下单翼的力学结构简单。

军用运输机,是军队使用的,主要运送各类战车、士兵、军用物资,机场条件相比民航机场较复杂, 军用运输机因为有野战机场起降的要求,发动机离地高度要求较高,同时货舱地板又要低一些,因此采用了上单翼。同时由于起落架只能装在机身上,反而缩短了起落架支杆的长度,有利于在野战机场降落。由于主翼为上单翼,为了防止大迎角下水平尾翼因处于主翼尾流而失效,所以尽量提高水平尾翼的高度,形成了T字型的尾翼布局。

还有的网友发现,有些小型客机的发动机是安装在尾部的,为什么?

(著名的湾流商务机,本次金砖峰会,南非总统祖马的专机就是湾流商务机)

发动机安装在机尾两侧被称作“机尾吊挂发动机布局”,目前主要被小型民用飞机和公务机所采用,主要原因是小型飞机机体较小,机翼下方没有足够的空间安装发动机。


高速警事


看图可知,你问的是客机或者运输机,那么就是说,

为什么有的大飞机采用翼吊式,而有的采用尾吊式?

对于大飞机而言,可以分运输机和客机。

运输机往往飞行环境没那么稳定,就不需要精细设计机翼了,比如翼梢小翼,反而增重,不见得能获得好的升阻比。一般采取上单翼,是为了空投跳伞方便用侧门。也为了让翼吊发动机更高,在野战机场避免石子吸入。

而客机一般采用下单翼,这样翼身融合获得下面整体升力更多。那么下单翼也就不需要丁字高平尾了。因为只有上单翼才会把低平尾遮挡在隐形区里影响舵效。

因为采取了下单翼,那么发动机高度就是大问题了。比较小一些的飞机不够高,翼下空间放不下发动机,或者是过低了危险。那么就需要尾吊布置。但是这样噪音会大一些。而且由于喷口的影响,平尾还需要高起一些。但是也有优点,就是发动机距离机身轴线很近,一旦一侧发动机故障,通过襟翼副翼还是可以控制平衡的。而且反正发动机尾吊起来了,起落架就可以短一些,也能起到减重作用。而且中小型飞机翼吊给翼根卸载的作用也不大。

如果是大飞机,那么机翼再上翘一些,用翼吊就很合适了,水平距离机舱比较远,还有机翼遮挡,噪声比较小。而且发动机位置可以设计在飞机纵向中心的位置,这样纵向就更稳定了。发动机悬挂在那里相当于重物,可以对机翼起到减震作用。而且,当飞机在地面停放时,让翼根上翘的弯矩被机身抵消了。而飞机飞行时空气的升力让翼根承受向下的弯矩,又被发动机抵消一部分,这样飞机就可以降低结构强度,从而减重。

但是这里还要说一句,安72、西德 Dornier 的 VFW-614 采用少见的翼上发动机,都不是好的选择。还有一种是翼根发动机,虽然噪声大一些,但是和机身结合更紧密,而且阻力小,适合双发轰炸机,可以获得更好的机动性和更大的速度。如果不是高速的,恐怕就没必要了。



银杏智库


飞机发动机短舱挂在主机翼下方的叫做翼吊式,这种布局是大型客机的常见布局方式。挂在尾部的叫做尾吊式,多见于小型客机和公务机。


翼吊式布局

讲翼吊式主要优缺点前,先分享小故事把,那时候是2002年,我刚去读大学,那时候是第一次坐飞机,从上海飞成都,还记得当时飞机是国航的空客A320。那时候还是比较兴奋,特意选了个靠窗的位置,在飞机起飞没多久就趴着看下面风景。然后,看见客机的机翼在不停的剧烈颤抖!~颤抖!~我靠!~什么情况!人生就这样悲催啊!~当时整个人吓的说不出话了,想叫又不敢叫,拳头紧紧攒着,直到平飞之后,空姐一脸淡定的推着手推车出来送饮料才好点。

实际上,这就是翼吊式的第一个主要作用,减少机翼震动。大型民航客机机翼的展弦比都很大,这样可以提高升力,但是遇到扰动气流的时候,由于力臂也比较长,就会产生较大的扰动力矩,而飞机的机翼具有一定的柔性和弹性,因而就会产生上面的效果。

波音787测试的时候,机翼可以向上弯曲7.8米

而在机翼上吊挂发动机舱,就相当于可以在机翼上安几个重量定子,减少机翼颤动幅度。这样可以省下很多机翼为了保持结构强度而增加的结构重量,这是对于经济成本上来说,非常重要。

实际上,战斗机机翼也是如此,还记得航展现场苏-27地面开过来时,两个巨大翅膀不断抖动,然后再轰然的发动机声中拔地而起的震撼场景。

而另一个重要作用就是方便地面维护,航空发动机是个非常精密的部件,需要不断的定时维护,翼吊式发动机,与地面距离低,方便维护人员维护。

不过这是个双刃剑,也是大部分小型飞机不得不放弃翼吊式布局的主要原因。此外,发动机与地面高度低,也会产生某些老太太扔个硬币许愿什么的。(- -)


第三个主要作用就是减少机舱内的噪音和震动,发动机是飞机飞行过程中的主要噪声源之一,将发动机布置在机翼下方,机翼可以起到一定的遮蔽发动机噪音的作用,减少机舱内噪音,对于提升民航舒适度很是关键。


尾吊式布局

翼吊式布局优点很多,但是对于小型飞机来说,臣妾做不到啊!第一个问题在于腿短,大型客机机翼长度大,机翼适当上翘点,起落架修个大长腿就可以拉开了。但是对于小型飞机来说,就麻烦了,机翼上翘角度太大,不利于气动安全,而且更浪费重量,起落架修太长,不利于收放,而且越长易折,需要更大的强度,不划算。

国产ARJ21支线客机


而更重要的原因在于支线飞机的机场条件决定的,大型干线飞机机场条件较好,跑道维护好,配套设施到位。但是支线飞机的飞的支线机场就不一定了,翼吊式布局,发动机舱距离地面高低低,发动机工作时产生的地面涡流,就会把跑道上的杂物吸入发动机内,从而造成极大的安全隐患。具备除雪功能的客机

同时,也正是尾吊式飞机,高度低。对于登机车、升降梯车等配套设备需求也少,必要时自己放把梯子就可以上下了。公务机显然没多少条件申请机场的登机车之类的ARJ21必要时也可以拿把梯子上下


五岳掩赤城


对于这个问题,老鹰航空从下面几点来回答吧:

第一,无论哪一种方式的发动机布局,都不影响飞机的基本飞行要求。

第二,发动机尾翼布局这种方式,主要在之前的一些干线客机上面使用,这样布置,可以让整个机身客舱都能享受到头等舱的“待遇”,噪音要小。但是整个尾翼的结构重量就比较高,地面进行发动机维修和拆卸作业就比较麻烦,需要借助登高设备。还有一点,飞机在爬升或者转弯时,受到机身的干扰,后置的发动机吸入的气流总压损失比较大,会影响发动机功率的输出以及太高耗油量。所以,这种方式已经逐渐淘汰,现在主要在一些小型公务机或者支线客机上使用,主要是因为这些小飞机的机翼距离地面过低,空间不足,无法吊挂发动机,所以才使用尾翼布置方式。

第三,机翼吊挂发动机这种方式是当前民航客机的主流方式,结构简单,距离地面比较近,维修保养和拆卸都是比较方便。无论是任何飞行状态,基本上机身不会干扰到发动机进气,从而确保发动机正常工作的效率。

OK,关于问题就回答到这里吧😊。

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这个问题有点模糊,不过如果从喷气式商务机和大型客运机来看,确实存在这个差异,这两类飞机都是采用喷射引擎,下单翼设计,但是由于商务机设计容量小机身尺寸小,所以为了重心,登机和机舱噪音舒适性等原因考虑,发动机都是后置。大型客机的高度能够方便下挂引擎,所以一般是选择挂机翼下方,当然,这样设计也是充分考虑了客机的技术参数的。


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