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航空发动机吸入异物会怎样

2017-10-24 声振之家

来源:漫步力学(ID:Walking-mechanics)

作者:天津大学 李静


人类从仰望天空的那一刻开始,就渴望能像鸟类一样自由飞翔。于是,人类开始效仿鸟类,构想各式各样的飞行器。最早尝试飞天的是聪明的中国人——明朝时期的万户,尽管万户最后摔得粉身碎骨,但他为人类探索未知世界做出了重要贡献。从东方的万户飞天再到后来美国莱特兄弟制造出第一架飞机“飞行者1号”,人类的飞天梦逐渐成为现实。


伴随着飞行器的出现,鸟类与飞行器的恩怨史也拉开了序幕。

1960年到2011年,全世界范围内由于鸟撞事故,至少造成了78架民航客机坠毁或迫降,有201名乘客或机组人员因此而丧生。另有250架军用飞机因鸟类撞击而坠毁,其中有120名军用飞机飞行员因没能及时跳伞而丧生。而自2011年以来,已经有超过65139次登记在案的鸟类撞击飞行器的事件了。统计数据显示,与飞行器在空中相撞的鸟类中,有44.1%撞到(或被吸入)发动机中,有30.9%撞到了机翼上。因此鸟类对发动机的影响不容小觑。


当异物撞击到高速转动的叶片时,会使叶片发生部分弯曲、折断、穿孔等伤害。

尤其是像硬币、螺丝钉这样的坚硬物品,吸入发动机后,这些硬物会与压气机叶片发生碰撞。而大多数情况下,硬物都会立刻反弹出来。但是,这种反弹并不会让硬物与叶片的纠葛就此终结。反弹出来的硬物会被再次吸入发动机压气机与叶片发生二次碰撞。随着叶片的转动,硬物会继续加速。被甩出或弹出后,硬物会再次被吸入。如此周而复始,直到硬物碎裂成小块吸入发动机燃烧室,或者随断裂的叶片穿透发动机壳体飞出。

另外,如果是鸟类被吸入发动机的话,还会造成发动机喘振甚至是停车。2008年11月10日,瑞安航空的一架从法兰克福-哈恩机场起飞的波音737遭遇了一群椋鸟,2台发动机停车。失去动力的客机迫降在钱皮诺机场的跑道上,左侧起落架折断。不过,全机172人中,除10人在迫降过程中受轻伤之外,全部安然无恙。事后,调查组在拆解和清理了该机发动机之后,给出了这样的数字:90。这架波音737的2台发动机至少吸入了90只鸟。

既然异物撞击对发动机有如此大的影响,那么工程师们采用了哪些措施来应对呢?


1. 在发动机进气口的中间部分画上条纹。

这样的条纹作用主要有两方面:


  • 机务人员就够在噪声环境中分辨哪台发动机正在转动;


  • 飞鸟或许能够远远地看到忽闪忽闪的样子而提前躲避。


2. 在保证低压压气机叶片的空气动力学特性的前提下,进一步优化其形状。


下图为罗罗公司研发的无凸台宽弦空心叶片。这种叶片能够尽量把较小较硬的异物甩到进气口外周,减少异物在反复吸入与反弹过程中造成的多次伤害。


3. 在机场内和机场周边,安排驱鸟车辆。


在近一百多年来,飞行器与鸟类之间的故事和事故数不胜数。人类在仰望天空时,受到飞鸟的启发,才有了飞机的诞生,而如今飞鸟又成为航空安全的巨大挑战。但是仔细想想,从本质上来讲是人类建设的机场侵占了鸟类的栖息地,因为机场通常在郊区,并且有大片的草地,是我们打扰了鸟类的生活。因此为了客机飞行过程中能获得更大的安全性,也为了人与自然能更好的和谐相处,期待有新技术出现来解决这一难题。


参考文献


小火箭.《飞机发动机吸入异物会怎样?小火箭讲述飞行器与鸟类百年恩怨史》


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