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“老人往南航飞机发动机里撒硬币祈福导致飞机延误”的离奇事件,以“警方不予追究”,和“某些机场在远机位登机时额外派人把守发动机”这样更离奇的结局收尾了。

在这起事件引发的广泛讨论中,有一种声音非常有趣——既然发动机这么“脆弱”,何不在进气口上罩个纱网呢?这样硬币、砂石、飞鸟或者人体就都不会被钻到发动机里作乱了。就像电风扇外面的保护罩一样。这么简单直接的思路,怎么可能没人干呢?

老飞机的“口罩”

飞机不飞的时候,拿个盖子或者罩子把发动机进气口排气口什么的封起来,这是很常见的做法。图片来源:aircraftcovers.com

飞机不飞的时候,拿个盖子或者罩子把发动机进气口排气口什么的封起来,这是很常见的做法。图片来源:aircraftcovers.com

那发动机工作的时候能不能戴口罩?

Me-262双发喷气式战斗机。图片来源:网络

Me-262双发喷气式战斗机。图片来源:网络

这是一张珍贵的老照片,照片里的飞机,是世界上第一代喷气式飞机中最著名的一种——二战时期德国梅塞施密特的Me-262双发喷气式战斗机。在Me-262的机翼下,挂着一对Jumo-004型轴流式涡轮喷气发动机。这种70多年前的发动机是现代涡轮喷气发动机的直系祖先。在后来的日子里,人们对喷气式飞机的构型进行了大量的尝试,今天的飞机已经跟Me-262很不一样了。然而当今大多数的涡轮发动机拆开来看,跟Jumo-004的结构没有什么大的变化。

每台Jumo-004最大可以产生8.8千牛顿的推力,如何布置这两台在当时看来推力强劲的发动机,梅塞施密特的工程师们颇费了一番思量,在综合了结构设计、可维护性、武器装备等因素之后,Me-262采用了翼吊式布局,也就是把发动机挂在机翼下面。这样的好处之一就是不需要为发动机设计复杂的进气道。如果把发动机埋在机身里,怎样让空气流入发动机就是一个大难题。涡轮喷气发动机工作时需要大量的空气,以Jumo-004为例,它最大的空气流量大约是每秒20千克。如果进气道设计不好,发动机就有可能“上不来气”或者“噎到”。想象一下冬天迎着大北风走路的时候。你是不是经常被风噎住无法呼吸?

翼吊式布局省了进气道设计的难题,但同时产生了一个副作用,那就是进气口离地太近了。那时候的机场很多条件不好,跑道就是土质的或者草地的,吸进杂物就会损坏发动机。如果仔细看这张照片,你会看到发动机进气口上有一个半球形的罩子。说明当时梅塞施密特的工程师们确实想过“进气道保护罩”这个主意,并且还真试了。

飞机加盖,得不偿失

这张照片之所以珍贵,是因为这是我唯一找到的证明Me-262用过进气口保护罩的实证。不管是留下来的文物还是其他的照片上,都看不到这个装置。这也许说明口罩的实验结果并不理想。不理想的原因可能有以下几个:

它很尴尬。能被它拦住的细小杂物(包括硬币)对发动机很难产生毁灭性的破坏,而那些致命的大动能外物,不管是因为速度快还是质量大,一层口罩显然是拦不住的。反而撞烂了的保护罩本身就成了致命的碎片。

做个结实耐操的?理论上可行,但是带来的额外重量和对进气的阻挡,又会让飞机的性能显著下降。

喷气式飞机经常飞行的区域经常会造成机体结冰,不但会增加飞机的死重,还会严重破坏飞机的气动外形,被气流吹落的碎冰块还可能会撞坏飞机。进气道保护罩这样的结构是最容易产生积冰了,堵住进气道不说,碎冰被吸进发动机……防止结冰或者除冰的方法不是没有,又要增加额外的复杂性,重量、成本、可靠性……

说白了就是不合算,跑道上的杂物可以派人及时清扫。鸟撞虽然不罕见,但是一次撞坏所有发动机的严重空难,航空史上屈指可数。提高发动机的可靠性,保证飞机一个发动机损坏的情况下还能安全飞行,这些举措更有意义。毕竟发动机损坏也不只有吸入异物这一种可能。

常年看守机场的倒霉战斗机

现在确实有一类飞行器的涡轮发动机外面罩着口罩,这就是直升机。下图是美国西科斯基CH-47支奴干重型运输直升机后机身的特写,可以看到莱康明T55涡轮轴发动机的进气口上罩着圆锥形的金属网。

直升机的“口罩”。图片来源:cqplanespotting.blogspot

直升机的“口罩”。图片来源:cqplanespotting.blogspot

为啥?看下面这图就明白了。

烟尘滚滚……图片来源:ukforcesafghanistan.wordpress.com

烟尘滚滚……图片来源:ukforcesafghanistan.wordpress.com

直升机的巨大旋翼会把地上一切没有固定好的小玩意儿吹得到处飞,发动机要是不加口罩,没几次就得报废了。不光是这种罩网,很多直升机发动机进气口上还装着离心式的沙尘分离装置。

直升机能装口罩,除了迫不得已,它们发动机空气流量较小,飞行速度也慢,基本上也不会飞到积冰区那么高,也是一个原因。

如果战斗机之类的,也要在这样恶劣的跑道起降,那也得想点办法。比如前苏联米格设计局的经典产品米格29,它定义为前线战斗机,所以设计指标上就有在野战机场起降的能力。为了防止杂物打坏发动机,米格的设计师干脆在进气道里设计了一块可以移动的盖板。注意,是盖板,不是网罩。在起降的时候盖板可以完全封死进气道入口。那发动机的空气从哪来?在机身上部开了两扇巨大的百叶窗,起降时百叶窗打开进气。

这复杂的设计不但本身增加了额外的重量,而且百叶窗占用了珍贵的机体空间,让米格29载油量很少。后来米格29作战半径小的缺点一再被用户诟病,为了摆脱“机场守卫者”的绰号,在后期的改进型里,这个防杂物的设计被取消了,省出来的空间变成了油箱。

大难不死的美国大兵

二战以后,喷气式飞机发展的速度比音速还快。喷气式发动机的推力越来越大。当今在役最先进的发动机,是装配在美国F-35战斗机上的普惠的F-135涡轮风扇发动机,它的个头比Jumo-004大一点,重量是老祖先的两倍多一点,而最大推力一台顶二十台,达到了182千牛顿,换成更直观的单位,那差不多是19吨力。推力惊人意味着吸力也超群,F-135的空气流量差不多每秒200千克。

凑近这样的大吸力“油烟机”是什么感觉?放心,今天我不会给大家看西红柿鸡蛋汤。

1991年2月20日,“沙漠风暴”结束前一周,美军罗斯福号核动力航母正在海湾游弋,各种军机昼夜不停的起降。这天夜间,一架格鲁曼A-6“入侵者”攻击机滑上起飞线,准备弹射入夜空,把成吨的炸弹扔到伊拉克人头上。这种外形很像长了翅膀的蝌蚪的重型飞机,装配了两台普惠的J-52涡喷发动机,每台的最大空气流量大约每秒80千克。这架A-6被挂上了航母的飞机弹射器,飞行员把油门推到最大,就准备上天了。这时,20岁的大兵JD Bridges鬼使神差,觉得要再检查一下弹射器挂钩是不是跟飞机的前起落架连接好了,于是猫着腰钻了过来。

剩下的你都看见了,B哥变成了马克夏加尔名画《生日》的男主角,可惜他要亲吻的是死神。火光一闪,甲板上的其他大兵肯定闪念了,完了完了,要刷甲板了。

马克夏加尔名画《生日》。图片来源:网络

马克夏加尔名画《生日》。图片来源:网络

然而B哥没死,他被卡在了进气道里,头盔、护目镜和马甲都被吸进了发动机,产生了火光。飞行员意识到出了问题马上把发动机给关了。B哥只受了点轻伤,这是事故发生之后几小时,舰上的文宣录下来的采访镜头。

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说到钻进气道,这位仁兄钻得就比较安全。

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这是一位美国大兵,在检查第一种完全隐身设计的飞机——F-117A的进气道。诶?这位仁兄的下半身怎么还隐形了呢?按说从进气口不应该能看到他的身体吗?凑近了看就有意思了。

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F-117A的进气道口上真扣了金属网。不过,这网子挡的东西可不是异物,而是雷达波。再借A-6的进气道特写看一下,从进气口往里看,就是发动机了。不知道B哥看到这照片会不会又抽过去。

图片来源:2007 C. Ishmael

图片来源:2007 C. Ishmael

旋转的发动机叶片是一个强烈的雷达反射源,洛克希德臭鼬工厂的工程师们,用精心设计的金属网阻挡了特定雷达波的照射。而今天更多隐身设计的飞机,会用弯曲的进气道避免雷达波直射发动机。不管哪种方式,都会影响进气道的效率,但是,对KPI而言,隐身才是最大的要求,没办法,忍了。

客机另有出路

说了这么多跟大家生活没啥关系的军用飞机,再回过头来说民机。听起来民机似乎没有军机那么“有劲儿”,但是发动机的吸力可不是这么回事。喷气式发动机都是把一定量的气体加速到某个速度“扔出去”的装置,无非就是动量守恒。要让动量大,要么提高喷气的速度,要么增大喷气的质量。战斗机的需求更多是高速,所以喷气速度就要大一些,而且要适当减少发动机的直径,这样还能减少一些阻力。

而民航发动机对经济性非常敏感,要大推力,还省油,就需要适当降低喷气速度,而增加喷气质量。所以民用飞机发动机是越来越粗。

民用大飞机发动机的空气流量非常惊人。比如撒币事件的主角,CFM56-5B发动机,最大的空气流量可达每秒300千克。大家可能对空气的密度没什么直观的认识,这么说吧,如果你坐在一架空客A320客机里,飞机只需启动一台发动机,就可以在不到一秒的时间里把整个机舱抽成真空。而像波音777装配的通用电气GE-90这样的,直径3米多的超级航空发动机,最大的空气流量更是高达每秒一吨多。

下次坐飞机如果在经济舱前排靠窗的位置,不妨留意一下发动机侧面画的警示标志。

图片来源:网络

图片来源:网络

再如果赶上下雨天跑道有积水,在起飞滑行的时候,也一定请留意一下发动机前面。不出意外你会看到一种奇妙的景象——一股小小的龙卷风从地面升起钻进了发动机里。

龙吸水!图片来源:Stars and Stripes

龙吸水!图片来源:Stars and Stripes

当然绝大多数时候不会像上图这么夸张,那是波音的YC-14短距起降战术运输机验证机某次吸水龙卷的照片。这种情况发生在发动机转速达到某个特定值的时候,从地面向上进入发动机的气流特别明显。

波音的工程师 Yoram Yadlin和 Arvin Shmilovich 用软件模拟了这种情况。

图片来源:aviation.stackexchange.com

图片来源:aviation.stackexchange.com

此时地面上的杂物,也很容易吸进发动机。那怎么办?同样还是波音,在50多年前波音737刚推出的时候,世界民航的业态跟今天还有很大不同。很多航空公司都有在条件较差机场操作波音737的需求,为了减少发动机吸入地面异物,工程师在发动机进气口下面装了一个喷嘴,把从发动机引出来的高压气流从这里吹出来,就可以减少这种垂直涡流的力量。

图片来源:aviation.stackexchange.com

图片来源:aviation.stackexchange.com

现在,你已经基本见不到这些玩意儿了。毕竟民航在进步,机场修的越来越好,跑道外来异物管理水平越来越高。撒币老太这种奇葩,满世界也不会有第二个了吧。

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2 Responses to “既然飞机怕撒币,为什么不给发动机加个盖呢?”

  1. 匿名说道:

    可以加一个发动前可移走的盖子。

  2. FPs说道:

    既然飞机怕傻逼,为什么不给发动机加个盖呢?

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