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航空发动机喷管(发动机喷口锯齿好处)

2025-02-11 0

相信大多数人在生活中都见过民航客机的发动机,然而你是否留意过这样一个有趣的现象:部分发动机的喷口呈现出平缓状,而另一些发动机的喷口却是锯齿状的呢或许你曾经看到过这种差异,却未曾深入探究,仅仅将其视为发动机喷口的不同外观样式。

实际上,这种设计背后蕴含着深刻的考量,其核心目的在于降噪与军用飞机有所区别,民航机场往往选址于市区附近,这无疑为人们的出行带来了极大的便利但与此同时,也不可避免地引发了一系列噪音问题居住在机场周边区域的居民对此可谓苦不堪言,时常会有飞机从头顶飞过,其巨大的轰鸣声甚至会掩盖人们交谈的声音。

那么,飞机为何会产生噪音呢?其实,飞机的噪音主要源自空气之间的摩擦作用从发动机喷口喷出的气流速度极快,相比之下,周围空气的流速则相对较慢当高速气流与低速气流相遇时,二者之间便会产生强烈的摩擦,进而发出轰鸣声。

既然我们已经明确了噪音的来源,那是否可以通过降低发动机喷口的空气流动速度来减少噪音呢?答案是肯定的

事实上,想要在降低噪音的同时不影响飞机的推力,并非易事这是因为飞机的推力计算公式为:推力等于发动机喷口的空气流量与流速之积减去发动机进口的空气流量与流速之积所以,若想降低发动机喷口的空气流速,同时又不影响飞机的推力,就必须增大空气流量。

然而,这一举措却带来了一个棘手的问题喷气式飞机的发动机效率本就不高,其主要运行原理是通过将吸入的空气与燃料混合,经燃烧后形成高速气体,再向后喷出从而产生推力

若要增加吸入的空气量,就意味着需要相应地增加与空气混合的燃料,如此一来,将会造成严重的资源浪费对于以盈利为目的的民航飞机而言,这是难以接受的为了解决这一矛盾,涡轮风扇发动机应运而生涡扇发动机是在传统的喷气发动机前方增设了一个巨大的风扇。

当进气口中一小部分空气进入发动机内部进行混合燃烧后,会产生高速气流推动尾部涡轮旋转而涡轮又会带动进气口的大风扇转动,使得大量空气被吸入并从发动机外侧排出,从而产生推力

由于大风扇吸入的空气并未进入发动机内部参与燃烧,因此不会消耗额外的燃料虽然这些空气的速度不及发动机内部喷出的气流速度快,但由于其流量足够大,所以依然可以产生足够的推力同时,随着空气流动速度的降低,噪音也会自然减小。

尽管应用了涡扇发动机的民航客机所产生的噪音已经明显降低,但仍无法达到令人满意的程度于是,一种喷口带锯齿的涡扇发动机便应运而生了那么,为什么增加一些锯齿就能降低噪音呢?

原来,锯齿状的设计能够使喷出的高速气流提前产生湍流在高速气流与周围低速空气接触之前,这些湍流会让高速气流变得更加细碎,如此一来,气流之间的摩擦就会降低,噪音也就会随之减小研究结果表明,增加了锯齿状设计之后,涡扇发动机的噪音可降低6分贝。

可别小看这6分贝,因为分贝本身就是一种比值单位,噪音每下降6分贝,就意味着实际噪音降低了将近75%如此精妙的设计理念究竟是如何产生的呢?这还得归功于大自然的启迪相较于其他鸟类,夜行猫头鹰在飞行时几乎可以做到无声飞行,而它们翅膀尾缘处就存在着类似锯齿状的结构。