为什么国外制造的新型客机的发动机带有锯齿形花边?

航空发动机是现代工业皇冠上的明珠,而那些漂亮的外形设计使明珠更加闪耀。细心的你肯定发现,新型客机的发动机尾部带有美丽的花边,例如梦想客机波音787的发动机。俗话说颜值即正义,这些锯齿形花边不仅好看,而且在降低噪音和提高效率方面都起了很大的作用。


为什么国外制造的新型客机的发动机带有锯齿形花边?


降低噪音

涡扇发动机的噪音主要来自风扇、压气机、涡轮和排气喷管。但是,当发动机正常工作时,排气的噪音似乎盖过了一切。一般来说,喷气噪音的水平与喷气速度的4次方成正比。与其它部件相比,排气噪音变化很大,减少排气速度对于降噪作用非常明显。

排气噪音产生于高速气流与外界大气的摩擦,巨大的速度差剪切作用所产生的涡流。喷口附近小涡流的破裂产生高频噪音,而远离喷流的地方大尺度涡流破裂产生低频噪音。高频噪音有一个特点,那就是它传播距离很短,很容易被大气所吸收耗散。因此,给发动机降噪有两种主要的思路,一是降低发动机的排气速度,二是改变噪音的生成模式。

对降噪的研究从仿生学开始。我们知道猫头鹰是最安静的鸟类之一,其飞行噪音是同等重量的鸟类的几十分之一。1904年,德国科学家发现猫头鹰的羽毛包含了寂静飞行的秘密。1934年,英国科学家发现锯齿形排列的翅膀边缘是降噪的根本原因。1970年代,科学家开始研究将这些发现应用于飞机的降噪之中。


为什么国外制造的新型客机的发动机带有锯齿形花边?


发动机尾部的锯齿形花边就是这些研究的结果之一。这种花瓣式短掺混器大大增加了外涵慢速气流与内涵高速气流的相互作用,它不仅可以降低内涵的排气速度,也可以改变排气模式:增加小尺度涡流。

提高效率


为什么国外制造的新型客机的发动机带有锯齿形花边?


大涵道比涡扇发动机的主要推力来源于外涵道,内涵道的高温高压燃气主要冲击涡轮叶片,回收燃气能量供外涵道利用。因内涵排气速度高,使燃气流可用能量排入大气白白损失,这种损失叫做余速损失。且速度越快,能量损失越大。因此,要提高发动机的效率,节省更多的燃油,我们需要做的就是降低排气速度,而锯齿形花边在此时又起到了重要的作用。


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