飛機(jī)發(fā)動機(jī)既然容易吸入小鳥,那么在發(fā)動機(jī)前面加個罩子的難度有多大?:第一,一旦裝上罩子,對空氣的阻力太大,嚴(yán)重影響發(fā)動機(jī)的推力及性能。現(xiàn)在民航機(jī)的發(fā)動
第一,一旦裝上罩子,對空氣的阻力太大,嚴(yán)重影響發(fā)動機(jī)的推力及性能。
現(xiàn)在民航機(jī)的發(fā)動機(jī)推力主要就是靠推動大量空氣,產(chǎn)生反向作用力,來推動飛機(jī)向前。一旦裝上罩子,太稀疏不能很好的防鳥,太密集肯定影響推力。
第二:發(fā)動機(jī)全功率運(yùn)轉(zhuǎn)時吸力很大,可以把前方幾米外的人都可以吸進(jìn)去。再簡單點(diǎn)說,能產(chǎn)生多大推力,那么吸力也比它小不了太多。一臺發(fā)動機(jī)幾噸到幾十噸的推力,那么要多結(jié)實的罩子才能頂住這么大吸?萬一失效,會不會對發(fā)動機(jī)更危險?
第三:發(fā)動機(jī)其實是比較結(jié)實的,葉片也是,很少有鳥類能把發(fā)動機(jī)葉片打壞到不能運(yùn)轉(zhuǎn)。畢竟一個葉片也是幾萬到幾十萬,鋒利的前緣不但切空氣厲害,切肉一樣行。普通鳥類打上去就是粉身碎骨。概率很低的事件,裝一個罩子值不值得?
第四:其實不止是發(fā)動機(jī),鳥類打在其他地方一樣危險。糊在駕駛艙玻璃上就會讓機(jī)長沒有視線。如果要裝保護(hù)罩,那么其實要保護(hù)的地方很多。發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn),幾千轉(zhuǎn)每分鐘,又是合金材質(zhì),其實反而沒有保護(hù)的必要。
第五:與其保護(hù)飛機(jī)減少撞擊損失,不如想辦法減少鳥類撞擊。現(xiàn)在機(jī)場采取的防鳥措施很多,飛機(jī)也有類似的設(shè)計。
所以,綜上所述,其實發(fā)動機(jī)裝保護(hù)罩防鳥是不可行,也沒有必要的。
難度不大,而且沒有特殊要求,加個罩子完全就是畫蛇添足,用處不大。而且還會反過來影響飛機(jī)的性能。當(dāng)年的米格-29就是發(fā)動機(jī)加裝保護(hù)罩的受害者,它估計已經(jīng)哭暈在廁所了。▼仔細(xì)觀察正準(zhǔn)備起飛的米格-29戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)氣道,就可以看到兩塊非常明顯的擋板,將整個進(jìn)氣道完全擋住。這種設(shè)計和題主所說的在發(fā)動機(jī)前設(shè)置保護(hù)罩的做法有異曲同工之妙。只不過米格-29的保護(hù)罩沒有直接裝在發(fā)動機(jī)前,而是使用擋板擋住進(jìn)氣道,進(jìn)而擋住異物進(jìn)入發(fā)動機(jī),打傷葉片。
渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)要工作是要呼吸的,要通過進(jìn)氣道吸氣,壓縮機(jī)壓縮,燃燒室點(diǎn)燃航空煤油,然后形成高溫高壓氣體向后高速噴出才能產(chǎn)生動力。米格-29用擋板把進(jìn)氣道給擋住了豈不是等于人把鼻子捏住了,那它怎么吸氣呢?鼻子捏住了還能用嘴巴啊!米高揚(yáng)設(shè)計局的設(shè)計師給米格-29設(shè)計了一個“嘴巴”,用于在起飛時擋板擋住機(jī)腹進(jìn)氣道時吸氣,供發(fā)動機(jī)工作。▼圖中米格-29座艙后背部的方形格柵就是它的“嘴巴”,在起飛時打開,起飛后腹部進(jìn)氣道擋板打開,背部進(jìn)氣道關(guān)閉。
為什么米格-29會有一套這么復(fù)雜的進(jìn)氣道呢?米格-29是前蘇聯(lián)當(dāng)年未來前線戰(zhàn)斗機(jī)計劃的產(chǎn)物,設(shè)計要求是可以在非鋪裝跑道野戰(zhàn)機(jī)場起降。而米格-29使用的T-10氣動布局進(jìn)氣道設(shè)置在腹部,離地面比較近。在沙石地面滑跑時,會揚(yáng)起大量沙石,就算起落架加固,并且設(shè)置擋板也不能避免起飛滑跑時產(chǎn)生的沙石進(jìn)入進(jìn)氣道,所以設(shè)計師設(shè)計了這么一套用來擋沙石的進(jìn)氣道擋板。
這套擋板有利也有弊,雖然成功擋住了沙石,但是也擋住了進(jìn)氣道,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量減少,油耗陡增。而且機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)置在邊條翼內(nèi)部,占去了內(nèi)部油箱的一部分,導(dǎo)致可以攜帶的內(nèi)油減少,最終導(dǎo)致米格-29作戰(zhàn)半徑較小,被人諷刺為“機(jī)場保衛(wèi)者”。
其實,只有像米格-29這種有特殊要求的飛機(jī)需要加裝進(jìn)氣道保護(hù)罩才有意義,對普通的飛機(jī)來說,不僅達(dá)不到保護(hù)的效果,還會影響進(jìn)氣道工作,影響飛機(jī)的性能。
因為保護(hù)罩加上,進(jìn)氣量減少,發(fā)動機(jī)油耗增大。對民機(jī)來說油耗上升,運(yùn)營成本上漲,對軍機(jī)來說則會導(dǎo)致作戰(zhàn)半徑下降,影響戰(zhàn)斗力。
而且,除了影響飛機(jī)性能以外,保護(hù)罩的保護(hù)能力非常有限,大部分時候根本擋不住飛鳥撞擊。▼這是飛機(jī)雷達(dá)罩被鳥撞擊之后的慘烈現(xiàn)場,沖擊力非?膳拢壳笆澜缟洗蟛糠值牟牧蠌(qiáng)度根本擋不住。如果發(fā)動機(jī)位置被撞成這樣,保護(hù)罩凹陷,撞上發(fā)動機(jī)葉片的危害會更加恐怖!
當(dāng)然,不是所有的鳥都有這么大,大部分鳥的體積比較小。遇到小的鳥的時候,航空發(fā)動機(jī)的葉片是可以自己扛住的。▼這是現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)吸入異物測試,所有新型號發(fā)動機(jī)在量產(chǎn)之前都要經(jīng)歷這一步。在測試的時候,工作人員會讓發(fā)動機(jī)吸入大量水,冰晶,甚至是向發(fā)動機(jī)發(fā)射飛鳥,以測試發(fā)動機(jī)的扛撞擊性能。一般來說,只有通過了這項測試的發(fā)動機(jī)才能裝在飛機(jī)上,所以體格較小的飛鳥根本奈何不了發(fā)動機(jī),用不著保護(hù)罩保護(hù)。飛機(jī)撞鳥是整個航空界的難題,目前世界每年的航空事故中,接近1/5是因為飛鳥撞擊,所有的航空工程師們都在為這事頭疼。加裝保護(hù)罩看起來簡單有效,但實際上不僅保護(hù)作用不大,還會影響飛機(jī)性能,很明顯是一條邪路。目前,避免飛機(jī)撞鳥的辦法主要分為兩類,一類是加固飛機(jī),使用強(qiáng)度更高的材料。但是目前人類材料科學(xué)水平有限,還造不出這么強(qiáng)的材料。另外一類是把鳥趕走,或者將機(jī)場設(shè)置在飛鳥少的位置,避免飛鳥撞擊,F(xiàn)在的機(jī)場都有專門的驅(qū)鳥部門,專門負(fù)責(zé)將鳥趕走,大大降低了飛機(jī)在起降時飛鳥撞擊的可能。
沒什么難度啊,實際上很多有前線簡易機(jī)場運(yùn)作需求的飛機(jī)就有這樣的設(shè)計,最典型的比如蘇聯(lián)空軍前線航空兵的米格-29A,該型飛機(jī)由于在設(shè)計時就要求在一線簡易整備跑道上起降,為了避免滑行時吸入異物(包括但不限于飛鳥,主要考慮的是不要吸入石子灰塵等等),特地設(shè)置了一個進(jìn)氣道屏蔽罩和配套的邊條翼上的輔助進(jìn)氣口。在地面滑行時進(jìn)氣道屏蔽罩升起封閉主進(jìn)氣道,打開輔助進(jìn)氣口進(jìn)氣啟動發(fā)動機(jī),待轉(zhuǎn)入跑道后再降下屏蔽罩,關(guān)閉輔助進(jìn)氣道加力起飛。除了米格-29A,可以遂行前線空中遮斷與即時戰(zhàn)術(shù)支援等任務(wù)的俄軍戰(zhàn)斗教練機(jī)Yak-130也有相同的設(shè)計。
只不過,這兩型飛機(jī)的進(jìn)氣道屏蔽罩只能在地面打開,在空中是不能使用的。原因有兩個,一是由于流體力學(xué)/空氣動力學(xué)因素,航空發(fā)動機(jī)對于進(jìn)氣道流場的順暢性要求極高,在地面低速運(yùn)行時影響不大,在空速高達(dá)數(shù)百乃至上千公里后,打開格柵式屏蔽罩會造成氣流紊亂,如果紊流過于復(fù)雜的話就可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)出現(xiàn)喘振乃至空中停
車,威脅飛行安全;二是在高速飛行時飛行器的動能極大,一旦發(fā)生鳥撞事故,一只0.5KG重量的飛鳥都有數(shù)千焦耳的能量。這么大的能量是薄薄的一層屏蔽網(wǎng)根本無法擋得住的,只會出現(xiàn)飛鳥撞破屏蔽網(wǎng)之后再撞進(jìn)發(fā)動機(jī),連帶著將屏蔽網(wǎng)的金屬碎片一并帶入發(fā)動機(jī),造成更大傷害的二次事故。因此,在發(fā)動機(jī)前設(shè)置防鳥撞屏蔽網(wǎng),本質(zhì)上是得不償失的,也沒人這么設(shè)計。
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航空發(fā)動機(jī)如果吸入外物,就很容被打傷葉片、造成發(fā)動機(jī)的故障,所以有人就想了,是不是在發(fā)動機(jī)前面加上一個罩子,就可以防止外物被打傷了?這個想法既對也不對。
對于大部分固定翼飛機(jī)而言,都有發(fā)動機(jī)防外物打傷的設(shè)計,比如說民用飛機(jī)發(fā)動機(jī)前面的那個椎體,實際上這個椎體的形狀是經(jīng)過設(shè)計的,盡量把裝上來的東西給彈到撞不到葉片的位置;再比如說現(xiàn)在的葉片設(shè)計,都是采用寬弦葉片設(shè)計,也就是說葉片很厚,而且還會在葉片前側(cè)包裹上鈦合金的材料,這樣就可以最大可能防止外來物體打傷葉片。
而且在上述措施的保障之下,一般來說,小的物體、速度慢的物體撞到航空發(fā)動機(jī)葉片式不會引發(fā)故障的,這一點(diǎn),每一種航空發(fā)動機(jī)都需要進(jìn)行所謂的“外物打傷實驗”來保證航空發(fā)動機(jī)的安全。下面這個動圖就是進(jìn)行外物打傷實驗的慢鏡頭。
所以說,一般的外物打擊對于發(fā)動機(jī)的運(yùn)行是沒有致命的影響的。這個時候如果安裝一個罩子,那么對于發(fā)動機(jī)效率是有很大影響的,尤其是對于速度較高的飛機(jī),發(fā)動機(jī)裝上罩子之后非常費(fèi)油,得不償失。
那么那些質(zhì)量大、速度快的物體怎么辦呢?這些物體發(fā)動機(jī)就招架不了了呀。這樣說固然對,但是反過來想一想,這些質(zhì)量大、速度快的物體,就是裝上了罩子,那一層薄薄的罩子也擋不住——所以裝了也白裝,還不如不裝。
不過,對于那些飛行速度很慢的飛機(jī),比如說直升機(jī),他們基本上就不存在罩子影響發(fā)動機(jī)效率的問題了。而且剛剛雖然說了,有些外物打傷發(fā)動機(jī)扛得住,但是這也只是說那些發(fā)動機(jī)被擊中之后不會當(dāng)場爆炸而已,損傷該有還是有,該修還是要修,也是要花不少錢的,所以如果不影響效率,那裝了罩子比不裝好。下面這幅圖就是我找到的一張直升機(jī)發(fā)動機(jī)前面的罩子,可以防止發(fā)動機(jī)吸進(jìn)異物、打傷葉片。
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力的作用是相互的,飛行在高速飛行時撞擊飛鳥,雙方的動能都是非常大的,一旦撞上,這對飛機(jī)有很嚴(yán)重的威脅。根據(jù)不完全統(tǒng)計數(shù)據(jù),每年大概會有九千只鳥會撞上美國飛機(jī),那為什么不給發(fā)動機(jī)加罩子呢?這不是難度大不大的問題,而是這么做根本就起不到什么效果。
蘇聯(lián)時代的很多戰(zhàn)機(jī),就有在進(jìn)氣道加網(wǎng)罩或擋板的做法,不過這并不是為了防止鳥類的撞擊。蘇聯(lián)比較注重在野戰(zhàn)環(huán)境下戰(zhàn)機(jī)在簡易機(jī)場起飛作戰(zhàn)的能力,加網(wǎng)罩或擋板就是為了防止戰(zhàn)機(jī)在簡易機(jī)場起飛時吸入石子,但這些網(wǎng)罩在起飛后是要被收起的。
為什么說這沒什么效果呢?其實并不是說發(fā)動機(jī)只要撞上鳥就一定會被損壞,但是如果撞上大規(guī)模的鳥群那就不好說了。在飛機(jī)遭遇鳥群的情況下,飛鳥既然能將發(fā)動機(jī)撞壞,那也會很容易將網(wǎng)罩穿透啊。很多大型客機(jī),有時候很容易撞上鳥群,通常都會在機(jī)頭的雷達(dá)罩上撕開一個大口子。
這還不是最主要的原因,如果你加上罩子,這會極大地影響發(fā)動機(jī)的效率,甚至是在進(jìn)氣口形成紊流。飛機(jī)撞鳥畢竟是個小概率事件,如果因為擔(dān)心撞鳥就去極大地犧牲發(fā)動機(jī)的性能,這是得不償失的。
對于戰(zhàn)斗機(jī)來說,犧牲發(fā)動機(jī)的性能這是不可能被允許的。民航客機(jī)除了這個因素之外,還有就是它有一定的冗余,如果一臺發(fā)動機(jī)出問題,還可以通過其它的發(fā)動機(jī)來保持飛行并緊急迫降。飛機(jī)在設(shè)計時,這些問題都是要被考慮到的。
的確可以在進(jìn)氣口前加個網(wǎng)罩,事實上也有噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)這么做了。如蘇-27戰(zhàn)斗機(jī)的進(jìn)氣口內(nèi)就有一張鈦合金制造的可動濾網(wǎng),在起降時打開遮住進(jìn)氣口,防止發(fā)動機(jī)吞入異物,在爬升到較高高度后濾網(wǎng)會向下放平,減小進(jìn)氣阻力。
再比如雅克-25截?fù)魴C(jī)的發(fā)動機(jī)吊艙進(jìn)氣口內(nèi)安裝了一個固定式錐形過濾網(wǎng)罩,開起到相同的作用。
但是這些網(wǎng)罩能防的異物并不包括飛鳥,因為鳥擊時的動能過大,并不是薄薄的網(wǎng)罩所能抵御的。根據(jù)動能定理,如果一架飛機(jī)在起降中與一只0.5千克的飛鳥相撞,假設(shè)此時飛機(jī)的速度是277公里/小時,那么撞擊在極短時間作用在機(jī)身上的動能是1500焦耳,如果飛機(jī)的速度是461公里/小時,那么撞擊動能就增加到4000焦耳。如此強(qiáng)大的動能作用在過濾網(wǎng)罩上只會是直接被穿透,然后飛鳥直擊發(fā)動機(jī)風(fēng)扇,造成災(zāi)難性后果。如果要想網(wǎng)罩不被穿透,恐怕只能動用裝甲車上用于防護(hù)RPG的格柵裝甲了,這對于飛機(jī)來說要增加多少重量和阻力啊。
對于抗鳥擊來說,這種被動防護(hù)手段并不能取得很好的效果,只有科學(xué)驅(qū)鳥才是正途。
實際上許多人都認(rèn)為發(fā)動機(jī)前面加個罩子就可以解決發(fā)動機(jī)被鳥撞的問題了,其實飛機(jī)撞鳥不是這么簡單。飛機(jī)是按照一定速度在大氣層內(nèi)飛行的航空器,為了獲得升力,飛機(jī)必須保持一定的速度,這樣整個飛機(jī)就有了動量。
在空中飛行的小鳥實際上非常無辜,原本屬于鳥類的天空卻被人類的飛行器所占領(lǐng),而且速度遠(yuǎn)在鳥類之上。當(dāng)鳥類撞上飛機(jī)時,撞擊產(chǎn)生的能量是巨大的,不是因為鳥類飛的快,而是飛機(jī)以近乎炮彈的速度去撞了小鳥。從這看鳥類與飛機(jī)相撞就等于被一枚炮彈擊中,只是炮彈的速度和質(zhì)量稍微小了一點(diǎn)而已。
如果在發(fā)動機(jī)前面裝個網(wǎng),在相對速度非常大的情況下可以被輕松擊穿,這樣這個網(wǎng)就失去意義了,而實際上許多戰(zhàn)斗機(jī)本身在起降階段會有一個網(wǎng)在進(jìn)氣道內(nèi)啟用,不過也僅僅是為了仿制其他一些跑道上的雜物而已。
從動能的角度看在發(fā)動機(jī)前加個網(wǎng)是還是無法避免鳥類撞擊損壞發(fā)動機(jī)的事情。實際上不僅僅發(fā)動機(jī)會被鳥擊,而且機(jī)身被鳥撞的更多。
有人曾估計,全世界每年因為鳥類撞飛機(jī)的損失超過100億美元,而每500次此類事件中,小鳥被吸入飛機(jī)發(fā)動機(jī),導(dǎo)致事故的約有100次。很多人就想問了,為什么不直接在發(fā)動機(jī)前面加個罩子呢?是因為難度太大嗎?
一般來說,飛機(jī)發(fā)動機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時, 吸力巨大 ,比如波音747客機(jī) ,它的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量就有320千克/秒。還有的客機(jī)進(jìn)氣量甚至高達(dá)1.42噸/秒, 進(jìn)氣速度有100~120米/秒。鳥類稍微接近飛機(jī)發(fā)動機(jī) ,就會被吸進(jìn)去 。
再加上發(fā)動機(jī)葉片正處于高速旋轉(zhuǎn)中,鳥類撞擊發(fā)動機(jī) ,就相當(dāng)于一輛高速行駛的小車撞向圍墻的能量 。不僅鳥會粉身碎骨 ,飛機(jī)也將因此損壞, 輕則整機(jī)迫降 ,重則機(jī)毀人亡 。那什么不直接在發(fā)動機(jī)前加個罩子呢?
實際上 ,設(shè)計師也不是沒想過這個問題 。但是考慮到 ,飛機(jī)發(fā)動機(jī)的氣流實在太大,如果罩子上的孔太稀疏, 鳥依然會被吸入 。如果孔太密集, 又會阻礙氣流, 影響發(fā)動機(jī)的推力及性能,實施起來并不容易 。
而且 ,發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時, 能幾米外的人都吸進(jìn)去,普通材料做成的罩子無法抵擋 ,要是被卷入 ,將造成更大的損壞。
所以 ,在發(fā)動機(jī)前面加罩子 ,依然設(shè)計師面臨的難題。其實 ,不止是發(fā)動機(jī), 鳥類撞上飛機(jī)哪里都同樣危險。雖然飛機(jī)是個龐然大物, 但也怕鳥! 聽說鳥怕噪聲!有人就提出了, 把飛機(jī)發(fā)出的噪音轉(zhuǎn)化為聲波 。將鳥嚇跑的方法 ,大家覺得怎么樣?
在發(fā)動機(jī)前加個罩子,防飛鳥,看似好主意,但做起來難,F(xiàn)代發(fā)動機(jī)少則產(chǎn)生幾噸的推力,大則數(shù)十噸的推力。噴氣發(fā)動機(jī)靠吸進(jìn)大量空氣,經(jīng)燃燒室高溫氣化產(chǎn)生高強(qiáng)度的噴射流,利用反沖力讓飛機(jī)飛行。在發(fā)動機(jī)前安裝罩子,強(qiáng)度不夠,容易被發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的巨大吸力破壞,危及發(fā)動機(jī)的安全。其柵欄過疏稀,沒有防鳥作用,過緊密,嚴(yán)重影響進(jìn)氣,還容易產(chǎn)生渦流,影響發(fā)動機(jī)正常工作。其實航空工程技術(shù)人員也做過大量的相關(guān)試驗,均以失敗告終,所以放棄了這種作法。
我就不回答了,簡而化之,問這個問題的人或許就沒想過飛機(jī)是靠什么飛上天的。
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