為什麼民航噴氣引擎進口不是正圓的?

肖鵬38225277


對於民航客機而言,無論是早期使用渦噴發動機,還是現在全面普及渦扇發動機,發動機對於進氣道的要求其實就兩點要求:

1、進氣道盡可能短

空氣進入進氣道,就會和進氣道表面進行摩擦,這種摩擦會降低空氣的速度和壓強,從而導致降低發動機工作效率。因此,希望發動機進氣道越短越好。

2、進氣道內壁儘可能光滑

同理,內壁越是光滑,空氣與之摩擦而導致的損耗就越低,這樣發動機功率受到影響就小。

除此之外,對於進氣道進口形狀並未特殊要求,由於現在的民航機大多采用機翼下吊掛方式來掛載發動機,因此,這種情況下發動機進氣道大多做成了軸對稱形狀,也就是圓形居多。而在戰鬥機領域,雖然也是採用了渦扇發動機作為動力裝置,但是進氣道進口很少有圓形的,更多的是矩形、半圓形等,就是這個道理。

還有一個情況需要考慮,這就是民航飛機的機翼採用的都是下單翼設計,也就是機翼安裝在機身下方,這樣一來,機翼下又掛載的發動機,發動機距離跑道地面就比較低了,為了確保安全,某些民航客機發動機進氣道進口就沒有設計成標準圓形,具體原因有下面兩點:

第一,在飛機起飛降落過程中,機翼由於是一個柔性體,因此會上下襬動,這樣就有可能讓發動機外壁觸地。

第二、防止離地過近,吸入地面上的砂礫;

第三、配置的發動機屬於大涵道渦扇發動機,外部直徑的確過大,這樣也需要修型。

所以,這就是問題的答案。


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其實這個問題更像是針對搭載CFM 56發動機的波音737型客機。在題圖中我們能明顯看到搭載JT8D發動機的737客機是不是圓了很多?關於這個問題,陳光教授曾在去年的一篇文章中有詳細解釋,波音在設計初代737時,搭載的JT8D發動機風扇葉尖直徑為1.0287米,這比CFM56 3的小很多,如果將後者直接替換,則發動機進口距離地面太近,所以設計師門將發動機改成了橢圓形。

大多數客機的發動機都近乎圓形,只有搭載CFM的波音737家族發動機是橢圓形,這是737客機“孃胎裡”的歷史遺留問題,一直延續至今。初代波音737搭載的是普惠JT8D型發動機,但由於波音737的產品力問題,在加上DC-9的競爭下,波音737初代的銷售狀況非常慘淡。在此大背景下,波音為了增加737的載客量和航程,既要對其進行與時俱進的改裝,也要考慮到和初代機型的通用性,於是就有了CFM 56-3橢圓形的設計。

圖、因為發動機離地高度原因,737搭載的CFM 56發動機不得不做成橢圓形

1980年代,波音和CMFI公司為波音737更換新一代高涵道比發動機進行合作。CFMI為了將發動機匹配737機型,特意將風扇直徑從1.7348米降為1.524米,涵道比也從6.0降至5.0。但這也比JT8D大了許多。

圖、737 MAX系列搭載的LEAP系列發動機

波音還將發動機向機翼前移,發動機進口處比JT8D延伸了1.93米,這樣可以讓發動機最低點和地面保持0.457米高度。但是即便如此,發動機進氣道進口仍不能做成圓形,而只能將下半部分改成橢圓形,這也能讓進口處下緣和地面保持0.711米的距離。換裝發動機的波音737也不辱使命,成為窄體客機中炙手可熱的產品。


航空之家


航空發動機專業的同學來回答一下這個問題。

從道理上說,航空燃氣渦輪發動機的進口最好是圓形的,這是為什麼呢?

因為航空燃氣渦輪發動機是依靠轉動的轉子來實現給氣體的加壓、接受氣體對轉子的做功的,所以為了保證轉子轉動的平衡,葉片都是在轉子上均勻分佈的【如下圖所示】。

如果葉片是均勻的,那麼吸入的氣體最好也是均勻的,這樣葉片可以均勻地跟氣體發生關係,更加有利於發動機的工作效率。如下圖所示,就是與均勻進入發動機內部氣流發生均勻的作用的航空發動機離心壓氣機。

如果進氣不均勻了,也就是到達發動機葉片上的氣流不是全一樣的,這就是發生了所謂的“進氣畸變”,這個時候對於發動機來說就是一件不好的事情。如下圖所示,可以看到流向發動機的氣流不再是均勻的,而是上面速度高、下面速度低。

往輕了說,會影響發動機壓氣機正常工作,往重了說,容易引起發動機的故障。如下圖所示,就是發生進氣畸變時候的發動機風扇葉片,可以看到其中的氣流很紊亂。

所以說,為了讓進氣氣流保持均勻,航空發動機的入口最好是圓形的。

但是,這只是理想的情況,有些時候不得不把發動機的入口做成非圓形的,比如說戰鬥機為了保持較好的氣動外形或者隱身性能,所以必須要把發動機收入機艙內部,還需要把發動機進氣口的形狀做成跟飛機外形匹配的形狀【比如說下圖就是戰鬥機上矩形進氣道】:

再比如說民用飛機,發動機直徑很大,但是偏偏飛機比較低矮,所以為了防止發動機蹭到地面,所以要把發動機的外邊緣做平一點兒——就是下面這張圖裡面的樣子。

但是,因為提前就知道要設計成這個形狀,所以工程師都是會做大量的仿真和試驗,來保證非圓形的進氣道帶來的進氣畸變不會造成發動機的故障,帶來的性能損失也在允許的範圍之內,所以自然就可以用了。

這樣解釋你明白為什麼了嗎?


SilentTurbine


那是因為737是小短腿,早年型號小涵道比發動機是正圓的,換裝大涵道比發動機後距離不夠沒辦法才做成這樣。其他飛機都是正圓的,不過不過!我國的C919也是橢圓,是在無法理解21世紀的設計的飛機會設計成這樣,非正圓的弊端很多


大大大貓叔


大部分應該還是圓的,有些是下部扁平。比如737的,設計成這樣是因為機身總高不高,為了加大發動機下邊緣離地距離而設計成平的,離地儘量遠避免吸入沙石。


真石漆噴塗機李長行


主要原因是民航飛機採用下單翼,距離地面比較近。下部扁平有利於停放和滑跑安全。

讓發動機和地面保持一定的適當的距離是有好處的。


天明遙遙山海關


萬事不能太圓滿,留點懸念給頭條跑流量


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