【航空技术】这锅鸟可不背,飞机为什么怕鸟撞

【航空技术】这锅鸟可不背,飞机为什么怕鸟撞

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精华笔记 

空难的高发原因之一是飞机的发动机进鸟,使发动机熄火。飞机发动机为什么那么脆弱?它的技术瓶颈在什么地方呢?


一、飞机发动机的材料瓶颈

1. 飞机发动机的转速很高,达到每分钟10000转,在这种高转速的情况下,发动机的叶片会感受到极大的离心力。每分钟10000转的转速,会使每个发动机叶片受到20吨重量的离心力;


2. 因此发动机材料的强度必须非常大,一般的材料无法承受如此巨大的离心力。目前的飞机发动机叶片通常是单晶叶片,晶体就是分子在微观层面形成规律的几何排列,这样的晶体材料强度很大,比如钻石是世界上最硬的天然物质,就因为它的内部是由碳原子排列成的晶体结构。发动机的叶片是一整片晶体,旋转起来后受力均匀,镍合金、钛合金就具有这样的单晶属性;




3. 因为强度大,纳米材料是比较好的发动机叶片材料。但纳米材料通常比较软,需要配合合金材料使用。




二、飞机发动机的尖端转速瓶颈

1. 飞机发动机是以非常高的速度转动的。如果要提升发动机的推力,一个办法是使发动机转得更快,或者让发动机的叶片更长,这样都可以让发动机的进气量获得提升。但不论哪种情况都会让发动机的叶片尖端很容易超音速,超音速之后叶片就会有新的阻力,也就是音障音障的产生会让发动机的效率急剧下降;


2. 发动机的极限,是综合了材料极限、大小极限以及转速极限的一个最优值;


3. 飞机发动机在商用出厂前,都要经过很多复杂的测试。其中一项测试是看发动机在运转过程中,如果叶片断裂,会不会飞出发动机损伤机体。因此工程师在测试的时候,要人为地把叶片炸断,这导致飞机发动机的研发成本极其高昂


4. 飞机发动机之所以进个鸟就坏,本质不是鸟堵塞了发动机,而是发动机叶片在高速运转的情况下,撞上鸟的时候,相对速度太大,鸟大概率会把叶片打断。叶片断裂以后,会让整个发动机受损。


三、飞机发动机的商业生产

1. 世界上生产飞机发动机的企业有两家,分别是美国的通用公司和英国的劳斯莱斯公司





2. 飞机发动机的成本极高,售价也高,一家波音777飞机售价三亿美元,其中接近一半的费用是用来买发动机的;


3. 然而发动机的销售并不盈利,生产公司是靠提供售后服务,比如对售出的发动机进行保养、维护、零件更换等,来实现盈利。


以上内容来自专辑
用户评论
  • 曲忆风

    请问老师,能否在发动机外罩一层网来防止鸟或其他东西掉进发动机呢?

    严伯钧 回复 @曲忆风: 很难 不光是鸟,也可能是小石子。在不知道有多小的情况下总不能作一张致密的网把一切都封住吧,那就失去意义了。不过可以计算一下多小的东西无法导致叶片折断,然后就只针对比这个体积大的,但是也会增大阻力。

  • 13803360ipl

    纳米材料坚固吗

    严伯钧 回复 @13803360ipl: 纳米材料只能说坚韧与否,坚固并不是一个比较好的属性,很容易脆断。

  • 13803360ipl

    飞行的时候发动机坏了,飞机也就飞不了了吧

    严伯钧 回复 @13803360ipl: 对。

  • 罗洛_聊者

    就是两者在相对高速的状态下,相对作用后,导致双方都破坏,您解释不是小鸟破坏飞机叶片的描述不妥吧?

    严伯钧 回复 @罗洛_聊者: 有很大一部分相对速度是叶片转动产生的,只是简单二者相撞的话不至于把叶片打断。

  • 13803360ipl

    金钛合金相比之下,表面比较平,不会停留水珠,因此不会结冰对吧

    严伯钧 回复 @13803360ipl: 普通钢铁也可以打磨的很平,主要原因是钛合金在低温下也可以保持性能。

  • 韩韩韩1992

    严老师,如果鸟或者大雁老鹰之类的动物,撞到挡风玻璃或者机身的话,会有问题吗?

    严伯钧 回复 @韩韩韩1992: 看方向吧,如果是垂直撞上挡风玻璃,可以用高中学的平行四边形法则计算一下相对速度,够快的话肯定会有损伤。鸟撞发动机损伤大是因为只要相撞多半都是正着撞上去的。

  • 百里垂云

    离心力不是一个虚拟力吗?这个20万牛顿怎么算出来的,是不是把它看做负的向心力?

    严伯钧 回复 @百里垂云: 你说的没错,离心力是个虚拟的力,但这个理解是最基础的。物理学中有一个概念叫非惯性系,这个例子里就是把涡轮边缘的点看成是静止的,但由于这个点自身有加速度,所以它看任何其它的点都受到一个额外的力,这个力就叫做离心力,虽然没有施力物体,但它对于非惯性系来说是真实存在的。

  • 真真_Jane

    纪录片中看过飞机起火时候有开门透气的操作,我记得有一次国际航班看过显示屏幕显示室外温度零下50摄氏度左右,请问下9000米的室外是不是零下50°,开窗会不会全都冻死

    严伯钧 回复 @真真_Jane: 我觉得不太可能高空开门,因为高空外面气压低,机舱内气压高,所以不太可能打开门

  • 随风的坠落

    还有高超音速发动机和等离子发动机没介绍啊

    严伯钧 回复 @随风的坠落: 我没研究过等离子发动机

  • Kevin___Chen

    撞鸟的例子已经跟不上中国飞机故障发生趋势了,应该列举“硬币”对发动机破坏的例子,或者是可能的后果,要是能出一期节目的话,我们会尽全力分享给自己的亲朋好友。

    严伯钧 回复 @Kevin___Chen: 哈哈哈,硬币那个。。无力吐槽