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为什么客机和运输机的发动机在机翼,而战斗力的发动机在尾巴?两者有什么区别?

  

为什么客机和运输机的发动机在机翼,而战斗力的发动机在尾巴?两者有什么区别?

  

为什么客机和运输机的发动机在机翼,而战斗力的发动机在尾巴?两者有什么区别?

  纸上的宣仔,为您解答。

  实际上最早的喷气式发动机就是把发动机吊在机翼两侧的,参考Me.262;但随着战后喷气式飞机的快速发展,很快战斗机就进入了超音速时代,有太多的理由决定了战斗机的发动机安装不能采用翼吊式。而客机和运输机,至今仍然采用翼吊式的发动机布局。这个原因我们会在本文慢慢讲解,首先看战斗机。

  世界第一款喷气式战斗机Me262,就是翼下吊着2台轴流式喷气发动机

  战斗机是高速飞行器,极限速度往往要飞到2马赫以上,需要考虑的因素很多, 尤其是减阻的需求显然要比客机强烈许多。如果是像客机那样在翼下吊2发发动机,不光是形状破坏了整体的流线型,而且增大了迎风面,使飞机很难加速到超音速。

  Me262和Mig-15正面对比,262的两台发动机增大了迎风面

  除此之外,由于发动机需要进气适配。这是因为超音速的气流并不能直接为发动机所用,否则会造成进气失配,引起发动机喘振甚至空中停车。所以需要一个进气道对空气进行减速和预压缩。所以这样以来必须要有个长长的管道充当进气道。如果是翼吊的发动机,就无法实现这一点,最优解决方案当然是把发动机放到飞机尾巴处,用机头、机身两侧或者机腹开一个进气口,利用机身本身的长度来容纳进气道。

  战斗机的进气道需要兼顾0-2.5马赫这个范围内的总压恢复系数和进气道流量系数,因此进气道的设计十分复杂。早期美苏等国不约而同地使用了激波锥式进气道,利用带一定角度的圆锥产生的斜激波对空气进行减速和预压缩;后来又发展出二元三波系,二元四波系的矩形进气道,利用液压驱动的可动斜板来改变进气量和激波偏转方向。

  米格-21的激波锥进气道。锥体可以前后移动达到不同速度下的进气匹配

  F-14的二维斜切矩形进气道,不同速度下进气调节由两个可动的斜板完成,这需要设计非常复杂的计算和风洞试验

  所以基于以上原因,战斗机的发动机必须是埋入式的,并且要安装在飞机尾部的发动机舱内。发动机尾喷口从尾部开口伸出,这样阻力才能尽量小。

  F-15战斗机的发动机舱,放置在机腹中

  而大型客机或者运输机由于速度低,最高速度只能达到高亚音速(0.8马赫),不需要专门的进气道设计,即便使用进气道,一般也不含可动部件。所以发动机吊在机翼下方是完全可以的。不过历史上客机也曾经使用过尾吊式发动机,即把发动机放置在机尾。比如著名的Tu-154客机,除了在机尾左右各吊一台发动机,在机尾上方还有另一台发动机,与垂尾融合。那么为啥现在这种布局几乎消失不见了呢?

  图-154客机,采用三台发动机尾吊式设计

  其实并不是消失不见了,只是在大型客机上已经不用了,公务机和支线客机上还是可以看到这种设计的,这跟飞机尺寸重量都有关系。大型的飞机,如果采用翼吊式,发动机离地不高,维护起来比较方便如果只是日常检修,加点润滑油,拆开盖子直接就能搞,人员站着就能维护;如果采用尾吊式发动机,那么高度就要高得多(参考图-154),维护起来是十分不便的。

  翼吊式发动机维护,离地不高,站着就能维护

  图-154发动机的高度,工作人员表示压力大,检修一次要爬那么高

  翼吊式发动机相对于尾吊式发动机还有个好处,就是重心安排合理。发动机装在机翼上,距离重心比较近,所以飞机设计时很好配平。如果是尾吊式,会导致机尾重量面线偏重,那就得考虑把一些比较重的东西放到机身前半部分,增加了设计上的限制和不合理性,出现事故的时候也容易屁股先着地。除此此外,尾吊式发动机由于位置偏高,燃油泵功率也明显要增大,增加了成本。

  理解了客机对经济性要求,我们就知道了那么客机为啥不直接像战斗机那样直接把发动机塞入机身中了。因为客机最宝贵的东西是是空间。如果把发动机塞入机身中,再额外设计个进气道从机身伸出,那么势必要挤占很多宝贵空间,那可是相当于少卖了好多张机票。这么设计飞机航空公司第一个不同意。而且如果采用像战斗机那样全部埋入式的发动机设计,相当于增大了维护保养的难度,发动机维护一次花的时间长到无比酸爽,保证乘客把机场闹个底朝天。

  至于小型客机和公务机,由于尺寸比较小,配平相对简单,用翼吊式还是尾吊式都可以。但是采用尾吊式的多一些,比如湾流研发的G650,属于商务机或者土豪私人飞机,就是采用尾吊。这种设计可以把发动机和客舱隔离出一段距离,减少噪音,非常符合土豪对舒适环境的要求。

  如果觉得说的有些道理,麻烦给个赞吧~

  运输机将发动机设计在机翼下的最主要原因是:运输机的机身宽大,要装较大量的人员和货物,并且为了人员上下和货物装卸方便,还要有机尾门,在空中空投伞兵或者物资。

  所以,为了运输的方便必须有尾门才行,有了尾门也就不可能再安装发动机了,只得将发动机安装在机翼下。

  战斗机的设计要减少飞行阻力,机身尽量设计的要平滑,还要尽量接近“三角△形状”,这样才能更好的将分开气流,同时将发动机设计在尾部可以更好的利用发动机做工时产生的推力。

  运输机和战斗机是两种不同用途的飞机,所以气动布局设计的也不一样,运输机要用运人运物,没法在机身内设计进气道、有尾门的设计也可能将发动机布置在机尾。

  对这个问题,老鹰航空来谈一下吧。

  不同机型发动机安装位置的不同,主要原因在于使用特性要求和飞行速度要求两个方面:

  1、客机和运输机往往采用机翼下方吊挂发动机方式;

  客机和运输机两种机型虽然一个是民用飞机,一个是军用飞机,但是却有两个共同点:第一,大家都是亚音速飞机;第二大家都是需要利用庞大的机身内部空间用来搭载乘客/士兵、货物/装备。

  在这种情况下,机身空间就会显得非常宝贵,为此,发动机就必须要让位于所要搭载的人员/货物,因此最理想的安装位置就是机翼下方。

  从飞机设计角度来看,机翼下方吊挂发动机本身是对机翼结构而言是一种有利的降低载荷措施,因为飞机在飞行过程中全部升力都是由机翼产生的,换句话说,飞机机翼需要承受飞机的机体重量,在这样的力作用下飞机机翼一般会产生向上的弹性变形。而这时吊挂的发动机,反而对机翼产生的是向下的拉力,能抵消一部分向上的弹性变形,这是非常有利的结果。

  这种吊挂发动机方式还有一个额外的好处,那就是地面人员维修保养比较方便,毕竟发动机是外露的,且距离地面不是很高。

  2、战斗机需要进行高机动高速飞行,因此往往采用机身尾部安装发动机;

  这种发动机布局方式对于战斗机而言主要有三个方面的原因:

  第一、相比于机翼下方吊挂发动机方式而言,机身尾部安装发动机可以有效的降低迎风面积,从而降低飞行阻力,有利于战斗机进行超音速飞行;

  第二、把宝贵的战斗机机翼下方空间让出来,这样战斗机才可以在机翼下吊挂各种武器弹药;

  第三、发动机尾部安装可以更好的靠近战斗机重心,这样发动机在正常工作时候对飞机的姿态干扰最小;双发战斗机在单发失效的情况下,另一台发动机推力对飞机姿态的干扰也会比较小,从而保证可控性。

  正因为如此 ,如今的客机、运输机都是采用机翼下方吊挂发动机,而战斗机一般采用机身内部安装发动机。

  ——问题就回答到这里了——

  (图片来自互联网公开图片,如侵则删。)

  1 发动机靠近阻力作用面,可以减少承力结构,减轻重量。

  2 减小滚转惯量,偏航惯量。

  3 缩短油路电路。

  机动性

  客机发动机要布置在中央那乘客坐哪,总不能吊在机翼上吧,客机和运输机将引擎置于两侧,为的是能腾出中央机体的空间以装载货物和人员,而且引擎挂在机翼下,机翼也能隔绝引擎噪音,改善乘客的乘坐环境。

  其次,战斗机的引擎布置在中轴线上,让重量更多的集中在飞机中线上,减少了滚转惯量,增加战斗机的灵活性,武器则可以挂在机翼上没有什么限制。

  这有如下几个原因:1、客机、运输机需大客舱、大货舱,因此发动机均为外置。这是主要原因。2、客货机的发动机均较大,外置在机翼(一般为翼下吊挂)可取得明显御载效应,明显减轻全机、机翼结构重量,好处多多。3、战斗机要考虑敏捷性、发动机被击伤击毁概率,对双发机还要考虑单发故障时,对全机操控、飞行影响最小,因此战机用机身内置发动机设计。4、这也便于对发动机等重点部位装甲保护。

  客机发动机放在机翼,是为了检修方便,战斗机则是因为性能,集成在机身里气动性能好,早期的战斗机也是放机翼的,因为那时候飞机速度比较低,放哪差别不大,战斗机速度突破音速后,发动机就成了阻力点,就要融入机身了

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