機翼-短艙構型

機翼-短艙構型（Wing nacelle configuration）是指飛行器上機翼與發動機短艙的連線結構，一般為翼吊布局。其中發動機短艙與機翼的相對位置主要從展向位置、弦向位置及短艙軸線的偏角和安裝角來設計。

基本介紹

• 中文名：機翼-短艙構型
• 外文名：Wing nacelle configuration
• 布局種類：翼下短艙、翼上短艙、翼尖短艙等
• 一般布局：翼吊布局
• 相對位置：展向位置、弦向位置
• 翼吊布局優點：換髮方便等

短艙組成

安裝在飛機上的完整的推進裝置被稱作動力裝置。動力裝置包括發動機本體和與其匹配的短艙組件。這些組件包括進氣道、風扇整流罩、反推力裝置和排氣噴管。這些組件與發動機一起被安裝到飛機上。對半分的風扇整流罩和反推力裝置一般用鉸鏈連線在發動機吊掛上，而且在發動機從飛機上移除時也仍然會連線在吊掛上。進氣道連線在風扇機匣的前法蘭上。飛機更換髮動機(簡稱換髮)時，進氣道將從移除的發動機上拆下換裝到新安裝的發動機上。

圖1.V2500-A5的短艙組件和發動機安裝節

排氣噴管安裝在發動機渦輪後機匣上，可以在發動機之間互換或者跟隨替換的發動機一起交付。風扇整流罩可完全蓋住發動機風扇機匣部分，並且通過發動機外涵噴管與核心機整流罩相連線。大多數發動機的反推力裝置與風扇整流罩是集成一體的。因此這個整流罩可以被稱為反推力裝置整流罩或反推構件。它通常被設計成兩個等分部分。圖1表示的是V2500-A5發動機的短艙組件。

短艙吊掛布局

發動機短艙在飛機上吊掛位置取決於飛機設計時發動機在飛機上的布置形式。其形式是多樣的，有翼下短艙、後機身短艙、垂尾短艙、翼上短艙等，如圖2所示。

圖2.吊掛式發動機的短艙位置

對於選用4台發動機的飛機，現在一般都採用翼下吊掛形式，只有很少的飛機，如伊爾-62是在後機身兩側各尾吊兩台發動機，因為翼下吊掛形式比一般貼合式短艙干擾阻力低。對於選用3台發動機的飛機，總有1台發動機要安裝在飛機對稱面上，另外2台有尾吊(如“三叉戟”、波音727、圖-154等)和翼吊(如CD-10、MD-ll、L-1011等)兩種形式。雙發布局通常也採用翼吊(如波音系列、空客系列旅客機)和尾吊(如MD-80系列、MD-90系列等)兩種。之所以多採用翼吊或尾吊這兩種布局形式，因為它們各自都有許多優點和不足。

翼吊布局

翼吊布局的優缺點

發動機短艙翼吊布局由來已久。第一代噴氣旅客機波音707、DC-8就是典型的翼吊布局，這種布局有以下優點：

1. 發動機來流直接，不受飛機其他部件干擾，進氣效率高，流場好。
   
2. 發動機、短艙、掛架的重量與飛行中機翼上的氣動載荷方向相反，對機翼起卸載作用，可降低翼根彎矩。
   
3. 後掠機翼上前伸式翼下吊艙有利於防止顫振。
   
4. 通過在掛架內安裝防火牆，可將機翼與發動機有效地隔開，安全性較好。
   
5. 吊艙離機身較遠，且短艙聲學處理及控制發動機噪聲技術較為成熟和方便，能有效地降低傳至客艙的噪聲。
   
6. 反推力裝置的套用相對於其他布局形式更為方便。
   
7. 發動機可達性好，維修檢查方便。
   
8. 換裝其他型號的發動機較方便。
   

但是，翼吊布局也有一些不容忽視的缺點：

1. 掛架和短艙的存在使機翼無法“乾淨”，設計得不好會在很大程度上影響機翼的氣動特性，特別是引起較大的干擾阻力。
   
2. 掛架的存在影響前緣增升裝置的連續性，為克服起飛著陸構型下升力面不連續引起的升力損失，要採取專門措施。
   
3. 為避開發動機尾噴流的影響，機翼的後緣裝置(襟翼、副翼)要做專門處理。
   
4. 臨界發動機停車時偏航力矩較大，為平衡力矩要求較大的方向舵尺寸或偏度，增大阻力。
   
5. 對於下單翼布局，由於發動機短艙離地較近，在地面開車滑跑時易吸入異物損壞發動機，起飛著陸姿態而又有傾斜時短艙易碰地，如果要保證足夠的離地高度，往往要增加主起落架高度而帶來重量增加和其他問題。
   

發動機短艙與機翼相對位置

（1）展向位置

從翼吊布局飛機的統計數據看，四發飛機的內側發動機短艙一般位於30%~37%半展長處，外側發動機一般位於55%~67%半展長處，雙發或混合三發飛機的發動機短艙位於33%~38%半展長處。具體的發動機展向位置應和機翼平面形狀，特別是具有後緣和前緣延伸的機翼平面形狀轉折處的位置、前後緣增升裝置和副翼、擾流板的布置等統籌考慮而定。

影響展向位置的因素很多，主要有：引起翼根彎矩載荷的變化；單發停車的偏航力矩；不能讓發動機噴流射到飛機的操縱面上；與機身、機翼的氣動力干擾；與機翼上襟翼和副翼配置協調；發動機噴流對平尾效率的影響等。

（2）弦向位置

發動機短艙相對機翼弦向位置包括兩個方面：前伸量(x)和下沉量(z)，見圖3。弦向位置對氣動特性的影響很大，美國NASA、俄羅斯中央空氣流體動力研究院(TsAGI)以及各大飛機公司都做了大量試驗研究，得出了各自認為最好的設計準則和經驗。

圖3.發動機短艙弦向位置

（3）短艙軸線的偏角和安裝角

機翼平面圖中發動機短艙軸線相對於順氣流方向的偏角和當地機翼剖面圖中短艙軸線相對於機翼弦線的安裝角，也是短艙與機翼相對位置的兩個重要參數。

發動機軸線相對於機翼弦線的安裝角取決於氣動(減少巡航狀態安裝阻力)和總體(保證進氣道唇口最低離地高度、飛機俯仰角和側滑角組合中發動機短艙不碰地等)諸因素的權衡。

發動機短艙/掛架/機翼綜合設計

翼吊布局發動機短艙、掛架與機翼結合部的流動情況是非常複雜的。圖4為該部位氣流分流情況。其中，對於擾阻力影響最大的是風扇與機翼、掛架之間的通道氣流。

圖4.機翼-掛架-短艙流場

由於流動的複雜性，理論處理非常困難。過去修形整流改善這部分流動主要靠風洞試驗。現在隨著CFD的發展，已有可能用計算的方法了解短艙/機翼之間的複雜流場，從而可以指導短艙/掛架/機翼綜合設計，大大縮短了風洞試驗周期，可得出更為理想的設計。