大家在坐飛機的時候都應該見到過飛機發動機,就是下圖的這個東西,大家看到的民用飛機中,絕大部分的發動機都有著圓圓的進氣口,透過進氣口大家可以看到發動機的風扇葉片。
△我們可以經常看到的飛機發動機△
但是不知道大家注意到沒有,并不是所有的飛機發動機進氣口都是圓形的,比如說下圖這種發動機,進口就是扁扁的形狀,讓人看著就有點兒不太舒服。而且很多人都會覺得奇怪,為什么飛機發動機進口往往是圓的的,但是又偏偏有些發動機的進口不是圓的?
△扁扁的發動機進氣口△
飛機發動機進口當然是圓的最好嘍
飛機發動機的進氣口很多都是圓形的當然不是拍拍腦袋就決定的。如下圖所示,發動機內部有一個非常關鍵的部件叫做“轉子”。
△發動機內部的氣流流動△
而從這個名字我們就可以知道,轉子這個東西是轉動的,而且是高速轉動。在某些航空發動機中,轉子的轉速甚至于可以高達每分鐘旋轉4萬轉以上。而如此高的轉速就決定了轉子必須是周向均勻的,否則在旋轉的時候就會出現巨大的不平衡力,讓整個發動機分崩離析。
所以發動機的主體結構就是“圓形”的,或者用專業術語來說就是“回轉體”,這也意味了發動機結構圍繞著轉子的回轉軸線各個方向幾乎是均勻的。正是通過轉子的轉動,發動機吸入空氣、壓縮空氣、混合燃料后燃燒,然后驅動渦輪旋轉,構成整個發動機內部的循環。
這個循環中很重要的一步就是“吸入空氣”,所以各向均勻的發動機內部結構最好是從進氣口均勻地吸入空氣,當空氣因為種種原因沒有均勻進入發動機的時候(比如說發動機做如下圖所示的眼鏡蛇機動的時候),就會形成所謂的“進氣畸變”,影響發動機的正常工作。
△著名的“眼鏡蛇機動”△
航空發動機為了應對進氣畸變,一定要進行大量的仿真和試驗來保證發動機不會受到這種問題的影響(如下圖所示,就是研究人員在通過仿真研究發動機的進氣畸變問題)。
△發動機進氣畸變仿真分析△
飛機發動機已經很不容易了,就算是圓形的進氣口都不能保證進氣的均勻,因此我們還是盡量在可能的情況下把發動機的進氣口造成圓形吧——而這就是為什么我們看到的很多飛機進氣口都是圓形或者盡可能接近圓形的原因。
事與愿違,并不是所有發動機進口都可以是圓的
世界上的事從來如此,不可能事事如意,而發動機進氣口的形狀同樣如此。比如說戰斗機為了可以高速飛行,所以不能像民用飛機或者運輸機那樣把發動機懸掛在外面,而是要收入到機腹中,這個時候就不可避免地要使用非圓形的進氣口。
△F-35戰斗機上的矩形進氣道△
但是為什么民用飛機還是不能造圓形進氣口呢?這其中也有不得不說的一些故事。比如說著名的波音737系列飛機,隨著這個型號飛機的發展,不可避免使用越來越大的發動機來實現更低的耗油率。
△波音737家族△
但是正是因為發動機越來越大,所以放在機翼下面的發動機變得越來越靠近地面。這個時候如果發動機還是保持圓形的進氣口,那么很容易把亂七八糟的東西吸到發動機里面去,需要造出來扁扁的發動機進氣口讓發動機盡可能遠離地面。
△波音737NG的進氣口△
所以雖然發動機進氣口最好是圓的,但是因為各種各樣的原因,發動機圓不了,那也是沒辦法了。扁就扁點兒吧,只要多做試驗保證這些進氣畸變不影響發動機的安全就好了。
強行讓發動機進氣口圓起來反而出了大事兒
有朋友就要問了:
我就要發動機進氣口是圓的呢?
可以想辦法做圓,
但是這一做圓,
反而就出了大事兒了。
波音737-8 Max飛機使用了直徑更大的Leap-1B發動機,這個時候為了讓飛機進氣口不至于變形的太厲害,工程師們想到了一個不是辦法的辦法:不能把發動機往下放,那就把發動機往上挪(當然了,發動機進氣口依然不是那么圓,但是比發動機放在原位好多了)。
△使用了更大發動機的波音737-8Max△
而為了讓發動機往上抬,所以必須要把發動機往前移動,這就意味著對于737-8Max飛機而言,當飛機快速“抬頭”的時候發動機受到的氣動力很容易使飛機不穩定,所以這架飛機采用了一種叫做“MCAS”的系統,在探測到飛機“抬頭”的時候立刻強行“低頭”。
但是偏偏這架飛機的探測“抬頭”的傳感器不是那么可靠,有些時候飛機明明在正常飛行也會被判定“抬頭”了,強行把飛機往下壓,最后的結果就是飛機直挺挺地沖向地面。而這就是印尼獅航事故中737客機會失事的原因。
△印尼獅航事故△
所以當我們看到扁扁的發動機的時候就應該想到,也許這樣的發動機是不好看、是效率低了點兒,但是比起來更容易出事故的飛機,這樣還是好了那么一點呀。


