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发动机“吸鸟”吗?

4年前浏览4231


飞机的速度比鸟快,所以应该是飞机撞鸟,而不是鸟撞飞机,这种事故显然是飞机主责。

导  读:鸟撞飞机是威胁航空安全的重要因素之一。全世界每年发生1万多起鸟撞飞机事件,其中半数以上都是中大型客机。飞机的高速运动使得鸟击的破坏力很大,随着航空技术的提高,鸟撞飞机产生的重大事故在减少,但依然是一个问题。有些解释飞机撞鸟的科普文章中过分地强调了发动机吸气的重要性,这对公众有一定的误导。实际上鸟更多地撞在机头上,而不是撞入发动机。


01 鸟撞概率主要和迎风面积相关

因为飞机比鸟的速度快很多,所以严格说来不是“鸟撞飞机”,而应该说“飞机撞鸟”。根据对2008~2015年间全世界撞鸟事件的统计,机头是撞鸟最多的位置,占比42%,其次是发动机和机翼,各占16%左右。这种比例基本上对应着相应部位的正面投影面积,机身的投影面积是大于两个或四个发动机之和的,所以多数鸟是撞在机头上。

▼ 下图请横置手机观看...


▲ 发动机并未因为吸气而多受鸟类撞击。


02 发动机进口的流动状态

发动机“吸鸟”的说法并不严谨,因为飞机正常飞行时,发动机正前方的气流并不加速流向发动机。鸟不是被发动机吸进去的,而是被发动机撞上的。只有当飞机在跑道上缓慢滑行,而发动机转速又比较高时,飞过发动机进口附近的小鸟才有可能被吸入发动机。

不过从另一角度说,气流接近发动机时是不减速的,而接近机头或者机翼前缘附近时是减速的。转换到地面坐标,发动机对正前方的空气几乎没有扰动,而机头或机翼则会把正前方的空气“推跑”。因此,发动机的吸气还是会稍微加大一些鸟撞的概率的,只不过作用不大。



▲ 飞机正常飞行时,发动机前面的气流并不加速流向发动机。

▲ 地面滑行时,发动机进口是汇聚的流动。

03 发动机能吸人,但喷人更厉害

航空发动机确实具有强大的“吸力”。最大的民航发动机风扇直径超过3米,每秒钟可吸入的空气量超过1000立方米,小一点的发动机虽然流量小,但发动机进口处的速度都可以达到每秒钟100多米。为了防止吸入危险,民航飞机的发动机进口都设有警告标志,并严格规定距离。

由于空气是从四面八方汇聚向进口的,吸气引起的风速随着与发动机进口的距离增大而迅速衰减,一般距进口几米远的地方,风速就已经降低���每秒十几米的水平,相当于五~六级风,足够安全了。但出口不一样,气流在发动机的出口以射流形式喷出,危险范围会持续到上百米远的地方。

我们坐飞机时,如果留心观察,就能在客机的前门附近看到下图这样的警告标志,有的印在机身上,有的印在发动机上。


▲ 这是照着某波音737上的标志画的。

下面两图分别是装有CFM Leap-1A发动机的空客A319neo飞机的慢车和起飞状态下的出口气流分布图。可以看到,起飞状态发动机出口的气流影响范围是非常远的,即使是慢车状态,后面也非常危险,足可以吹翻小汽车。▼ 下图请横置手机观看...

下面两图分别A319neo飞机的维修手册上的配图给出的危险范围。(我重新画过)


▲ 受手册开本限制,这两个图也不是按比例画的,其实出口影响范围要大得多。

▼ 把起飞状态的危险范围按比例画出来,是下图这样。

可见,发动机吸人的危险虽然存在,但只在距进口很近的地方,而发动机喷人可是非常厉害的。

早期的螺旋桨飞机更危险一些,螺旋桨切人的事故时有发生,而喷气发动机吸人的事故则很少见。比起吸人,更应该防着它喷人。

有一点要补��说明的是,鸟的飞行高度低,飞机撞鸟主要发生在起飞和降落的时候。尤其在起飞的时候,这时候飞机的速度低,但发动机几乎处于最大状态,所以还是有一定的“吸鸟”效果的。但仍然需要鸟飞到发动机进口附近才会有作用。




四、总结

1. 空中飞行时,发动机前面的气流是冲入发动机的,发动机并没有吸入作用。

2. 地面滑行时,发动机对前面空气有很强的吸入作用,但即使发动机工作在起飞状态,危险范围也只局限在距进口10米左右。

3. 发动机出口的喷流作用很强,可以影响到200多米远的地方。

4. 这个问题其实就是前一篇文章“吹吸大不同”的一个实例。

声明:原创文章,首发我所理解的流体力学公众号【ID:Understanding_Fluid】-分享对流体力学知识的理解,讨论日常生活中的流动现象。如需转载,请联系我,欢迎下方留言与我交流。

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首次发布时间:2020-06-02
最近编辑:4年前
王洪伟
博士 | 教师 教书,也做科研,但主要是学习。
获赞 240粉丝 2146文章 47课程 3
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未登录
1条评论
达芬奇        仿真秀秀
又到了吃冷面的季节还爱吃酸菜
4年前
很喜欢,王老师的内容。有点像《拉家常说力学》那本科普丛书的意思,路转粉。
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