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    航空小知识

    飞机那么快,如何减速呢

    时间:2019年02月20日 15:51   来源:大飞机报
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    是否采用反推力装置刹车对着?#20132;?#36305;距离的影响 资料图

     

      飞机在飞行时速度非常快,即便在降落时速度依然不低。那么,飞机是如何进行减速的呢?是否像汽车一样松掉油门脚踩刹车?是否还有手刹??#35805;?#26469;说,飞机会通过反推装置、扰流板、机轮刹车等方式来减速。反推装置通过改变喷射气流的流向,产生与推进力方向相反的力来使飞机减速。一定情况下,反推制动方式受自然条件的影响也较小,对提升飞机?#36393;?#24615;有重要意义。

     

      通过反推装置实现飞机减速

      随着飞机结构设计和气动设计能力的不断发展,以及高推力发动机的推陈出新,大型喷气式飞机的起飞和着陆重量不断提高。大型化的发展趋势对飞机着陆和起?#21830;?#20986;了更高要求,在着陆重量很大的情况下为实现较短的滑跑距离,最有效措施就是采用反推力装置及相应的控制技术。

      在正常滑跑和飞行状态时,飞机发动机产生向后的喷射气流,从而产生往前的正推力。而飞机在中断起飞或降落接地等情况下,需要借助于反推装置,通过改变全部或者部分喷射气流流向的方式,产生与正推力方向相反的反推力来使飞机减速。为保证飞机的?#36393;?#24615;和经济性,反推装置要具?#35206;?#20316;容易、安装性能好、?#24615;?#33021;力强、流量损失小、稳定性好等特点。

      采用反推装置实现飞机减速具有诸多优点。首先,与仅采用机轮刹车相比,在潮湿、结冰或被雪覆盖的跑道上,反推装置工作时的减速效果更明显。其次,反推装置工作时的适应性很好,能在飞机迫降、紧急终止起飞以及在恶劣气候下为飞机提供可靠的减速力。再次,反推装置可以减少飞机机轮刹车?#20302;?#30952;损,也不需要像减速伞在使用后需要重新收起,从而提高飞机的使用效率。最后,反推装置不要求机场设置专门设备,不受着陆面积的制约,比其他几种减速方式平稳可靠。

      ?#24433;踩?#24615;角度来看,反推力装置是大型飞机必不可少的组成部分,这使得反推技术的研究和发展一直是各国飞机制造商和发动机研究机构关注的热点。

     

      实现反推装置的主要方式

      飞机上反推装置的设计与所采用的发动机密切相关,如果一?#20013;?#21495;的飞机可以配备多款型号的发动机,那么该型号飞机就可能存在两种及以上的反推形式。目前常见的发动机类型有?#26032;致?#26059;桨发动机、?#26032;种?#21457;动机、?#26032;?#21943;气发动机(?#20449;?#21457;动机)及?#26032;?#39118;扇发动机(涡扇发动机)四种,其中?#26032;致?#26059;桨发动机和?#26032;种?#21457;动机?#35805;?#19981;涉及反推装置。

      其中?#20449;?#21457;动机由进气道、压气机、燃烧室、?#26032;?#21644;?#25165;?#31649;组成,?#26032;中?#36716;带动压气机工作,压气机增压空气,高压空气与燃油在燃烧?#19968;?#21512;后燃烧,产生高温高压空气经?#26032;?#21644;?#25165;?#31649;向后喷出,产生正推力,同时驱动?#26032;中?#36716;。与?#20449;?#21457;动机相比,涡扇发动机增加了风?#32676;?#22806;涵道,其中与?#20449;?#21457;动机类似的结构称为内涵道,而通过风?#32676;?#30452;接排出发动机的那部分气体通过的通道称为外涵道,各级?#26032;?#20998;别驱动风?#32676;?#21387;气机工作,风扇对外涵道气流进行加速加压,从而产生外涵道正推力。可见,涡扇发动机的推力包括内涵道推力和外涵道推力两部分。

      通过对?#20449;?#21457;动机及涡扇发动机工作原理的分析,可知?#20449;?#21457;动机反推装置产生反推力只能通过内涵道喷射气流的方向折返才能够实现,而涡扇发动机反推装置原则上既可以通过内涵道喷射气流的方向折返产生反推力,?#37096;?#20197;通过外涵道气流的方向折返产生反推力,或是二者兼备。

      目前实现反推的方式主要是机械式反推,结合?#20449;?#21457;动机和涡扇发动机的特点,反推结构主要包括折流板反推、叶栅式反推和折流门反?#39057;取?/p>

      折流板反推力器可以细分为两种,一?#36136;前?#34532;式反推,反推结构位于喷管前面;另一?#36136;?#25235;斗式反推,反推结构位于喷管后面。在发动机产生正推力时,两扇反推门通过前后传动摇臂,紧贴在?#30001;?#31649;和喷口左右两侧,当需要反推力时,两扇门对接在一起, 迫使气流向斜前?#33050;?#20986;产生反推力,使飞机减速。这类反推力装置通常安装在机翼下的短舱后端,要求短舱伸出翼外,否则,当反推力排气直接流过机翼时会产生不必要的升力,使反推效率?#38470;怠?/p>

      通常情况下,折流板反推的反向气流喷射角度较大,反推效?#24335;?#20302;。因此,折流板反推力器多用于?#20449;?#21457;动机或小涵道?#20219;新?#39118;扇发动机上,主要依靠内涵道气流折返变向产生反推力。折流板反推器具有结构简单的特点,但是重量较大,承受的反推力载荷大,且反推气流容易作用到机身结构上。

      叶栅式反推主要应用于大涵道?#20219;?#25159;发动机上,如涵道?#20219;?的涡扇发动机一级压气机外涵风扇的推力可占发动机总推力的80%左?#25671;?#21494;栅式反推装置在结构上和折流板反推比更加灵巧紧凑,反推力更加平稳,短舱内有足够空间满足该反推力装置的定位要求。叶栅式反推装置只适用于?#26032;?#39118;扇发动机,其反推力可高达发动机最大推力的60%-70%。其缺点是机械协调件多,结构复杂,叶栅盖和阻流板的气流泄漏可能导致发动机性能降低。

      叶栅式反推应用比较广泛,常见的发动机有V2500、CFM56-7B、GE90、Trent900及PW4000等,涉及的机型包括A320、B737、B777、A380及A330等。B787配备了Trent1000和GEnx-1B两款发动机,均采用了叶栅式反推?#20302;场?#20013;国商飞公司的ARJ21飞机尾吊发动机和C919飞机翼吊发动机也采用了叶栅式反推装置。

      折流门反推的常见形式为瓣式转动折流门反推,其由在短舱侧壁上沿周向设置的四组或多组转动的枢轴折流门及驱动机构组?#20254;?#27491;推力状态时,折流门与短舱紧密配合,保证外涵道及短舱外表面的气动性能。需要产生反推力时,折流门绕枢轴转动,每组门的内侧部分相当于叶栅式反推的阻流门,挡住外涵道气流,而外侧部分相当于叶栅式反推的叶栅部分,对排气起到定向导流作用,产生反推力。瓣式转动折流门反推力器对?#26032;?#39118;扇发动机比较适用,其反推力约为发动机静推力的40%。折流门反推在结构上虽然比叶栅式反推简单,但?#26085;?#27969;板反?#32856;?#26434;,且其折流门对短舱密封性能的影响也相对较大。

      折流门反推常见于采用Trent700发动机的A330飞机,以及采用CFM56-5B发动机的A320、A340及B737飞机。

     

      新型反推结构

      在飞机中应用反推技术,既增加了机械?#20302;?#30340;复?#26377;裕?#26356;重要的是增加了短舱结构的质量。?#23548;?#34920;明,对于风扇直径大于2540 毫米(100 英寸)的发动机而言,反推力?#20302;?#30340;质量达到短舱质量的30%以上。像GE90这样的超大型发动机,单个发动机配备的反推力?#20302;?#36136;量达到680千克。而像F100等较小型的发动机,其反推力?#20302;?#30340;质量约为短舱质量的55%。

      目前正在研究的一?#20013;?#22411;反推装置为无阻流器发动机反推力装置(BETR)。该装?#23186;?#26500;布局的主要特点是去掉了内涵道及外涵?#38647;?#27969;器,在需要产生反推力时,外涵道可滑移整流罩向后滑动,将叶栅露出,利用喷射?#20302;?#30452;接将内涵道压气机高压空气按一定角度喷入外涵道气流中,产生气动效应,使外涵道气流偏转,并通过折流叶栅排出实现反推目的。这种方法大幅度减轻了反推?#20302;?#30340;质量,降低了作动?#20302;?#30340;复?#26377;裕?#24182;且对内流无干扰,反推效率明显提高。

      目前,主要借助于计算流体动力学技术对无阻流器叶栅式反推力装置开展数值研究工作,研究内容涉及到二次流喷射位置、喷射流量、喷射角度等对反推力性能的影响。研究结果表明,二次流喷射位置等因素对二次流下游形成的涡结构作用范围和位置产生了影响,从而决定了反推性能。

      反推力装置是现代大型喷气式飞机必不可少的组成部分,同时?#24425;?#28041;及到结构、强度、材料、气动以及机械等专业的飞机发动机一体化设计技术。目前,我国在发动机反推技术领域的研究还比较基础,相信通过国产大飞机的研制,将提升我国在大型喷气式飞机反推技术和装置方面的研制能力。

      (作者系中国商飞北研中心工程师)

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