发动机短舱是什么？供应商几乎全是美国公司，技术含金量有多高？
大家都知道发动机 是飞机的心脏
从活塞式飞机到喷气式飞机
飞机的名字就是发动机的名字
可以说 这两者
以同样的重要程度分享着同一部历史
而我们今天要介绍的设备
发动机短舱
则是安放发动机的舱室名
换言之 它就是发动机的屋子
发动机短舱的形状类似一个整流罩
由三部分构成
分别是发动机进气罩，整流罩和尾喷口
发动机短舱是飞机发动机的保护壳
起整流 降噪还有给发动机部分附件提供平台的任务
虽然听起来并不是工作部件
也似乎并不需要在高温 高压 高速
这样的极端条件下工作
但发动机短舱 所含有的技术含金量
可一点都不低
作为“低温部件”
短舱 是航空推进系统最重要的核心部件之一
需要的成本约占全部发动机的四分之一
目前 世界上的短舱供应商
大都是美国公司
而中国在这个领域尚属研究空白阶段
连中文论文都不算多
外国研究者们
在1947年就开始针对发动机短舱
做出专门的研究和实验
甚至动用风洞对许多种短舱模型进行实际测试
但在国内这类研究开始的很晚
别提我们在1949年新中国在建立了
在建立之初甚至没有可以用来研究的飞机
也没有能拿来做实验的风洞
更没有做大规模数据计算必备的
计算机设施了材料 结构 参考设施这些都是百废俱兴
这才造成了至今为止我们的短舱技术还没完全
追上国际第一梯队的问题
我们国家的短舱研究
从1980年才进入国际视野
并且一开始
都在关注最急需而不可或缺的短舱进气道内部结构问题
直到2016年中国人的名字才开始在世界一流的相关期刊上出现
说了这么多短舱的研究历史
各位肯定有一个疑问吧
为什么短舱会这么重要呢
明明听起来就是个壳子而已啊
不加这个壳子也可以吧
当然不是啦 这是因为短舱在结构上
起着包覆住整个发动机的作用
虽然稍微增加了重量但它能够 形成一个良好的气动外形
让空气阻力减少到最小以防气流在犄角旮旯和锋利棱角的位置
产生复杂的气流漩涡增加载荷
从而影响到飞机的飞行
而短舱内部的进气道
则同时有两个作用
第一个是给发动机提供充足稳定的空气流量
第二个则是让进入气道的高速气流减速增压
防止这些气流内携带了什么东西
损毁到发动机的内部
另外 因为在飞机经常飞行的平流层的高空
短舱的进气道还需要有一个特殊的作用
那就是防冰 除冰从而阻止冰棱冰碎
进入正在高速运转的发动机内部
固体的冰棱有可能打在发动机扇叶上
引发爆炸和起火而且 在飞机发动机工作时
发动机会通过机匣向短舱传递热
如果冰棱掉入内部
冰融化成的水和随后生成的水蒸气
则可能在发动机内部弥漫
引发电路短路 老化以及更可怕的零部件生锈
所以 这就是为什么 短舱是这么重要
专家指出 一旦短舱受损
飞行中就会引发严重的发动机事故
作为它的保护壳
短舱的作用 就是在整个飞行过程中
不干扰发动机的正常工作
而在地面上 短舱则需要做到
能被简单拆除
或者不影响发动机的维护
明明听起来就是个壳子但仔细一想却有这么多功能
这就导致短舱必须按照一套复杂集成系统的要求水准
去小心设计 开发 生产和稳定供应
而且随着技术的进展
飞机正在被做的越来越大
飞机大了发动机大
发动机大了短舱大
发动机的推力直接影响它的直径
发动机直径又直接影响了短舱的气动力学外形
想要保证气动阻力不增大
不多浪费燃料就非得从短舱的设计 材料 工艺
这三个方面下手改进不可
就拿知名的波音787飞机来举例子
它是个大块头所以发动机推力也就很大
足有三十吨
短舱也就成了个大户型
表面积足有六七十平方米快赶上一个中等户型了
为了保证这个复杂系统的运作
制造商费尽了心思
首先 用钛合金做进气道外罩
轻 强度高 导热良好
如果有冰积累在上边
也不会有机会掉进发动机内部
内部支撑结构用碳纤维
密度更小 强度更高 韧性也很好
整个飞机飞行的喷气载荷
都从这传递出去
人家根本不怂
风扇罩外加降噪衬套
不仅降低噪音而且还减轻振动
防止高频振动让飞机结构出现裂纹或松脱
也部分防止小东西掉进风扇里的风险
说到风扇罩主体呢
是复合材料加工的蜂窝夹层结构
蜂窝六边形构成的紧密排列模式
坚固无比
它的强度是四边形或五边形排列的几百倍
用复合材料制作在刚刚提及的作用之外
还能起到绝缘的作用
在平流层飞行的飞机偶尔也会有被雷击中的风险
特别是为了保证强度
进气管必须用金属材质
就算被击中也要争取形成一个法拉第笼
保证里边的发动机不受影响
所以 防雷也是短舱的重要功能之一
防火 防爆 防短路
从多方面考虑问题
这句话 在无比紧凑的航空发动机设计作业中
是最常被强调的
另外 波音七八七飞机的发动机短舱系统
还引入了新一代的叶栅式反推装置
在提供高效率喷气速度时
载荷也很优秀
以及 他们还把
同样是钛合金材质的排气尾管
设计成了锯齿边的
这是为了降低喷出气流时伴随的噪声
可以让乘客也睡个好觉
作为发动机核心设备
短舱 涉及了好几个维度的
飞机评估标准
从飞机性能到操作安全性再到系统可靠性
飞机重量制造成本
是否污染平流层 等等
现在世界上有能力研制民用大涵道比发动机的公司
只有三家
分别是美国的GE 普惠和英国的罗罗
而说到这类大涵道比发动机的短舱
就只有两家了分别是美国的古德里奇公司
和GE与赛峰集团合资的奈塞公司
可以说就是这两家公司
建了几乎所有发动机的房子
古德里奇公司声称
他们的短舱可靠程度能达到99%
在2017年底
作为验证机的第一架C919上
它的国产发动机就并没有与之匹配的短舱
但是就在二月份
我国第一架国产大飞机下地交付
它的发动机就是奈塞公司与中国当地国资
共同成立的一家合资公司提供
编号为C919的国产大飞机
发动机的代号是LEAP-1C是世界首创的发明
也许
这里边也有我国技术研发人员们的一片心血吧
一般来说 一代发动机产品
如果从零开始研发
需要至少十五年时间
但这不是宣扬造不如买的理由
相信在我国技术人员们的努力研发之下
总有一天
我们能够完全突破这道技术关卡
从国际合作的合资生产方式
迈步到拥有完全自主知识产权的那一天