问题

客机的引擎为什么不能像战机一样装在尾部,而要装在机翼两侧?

回答
这可不是什么技术上的“秘密”,而是由客机和战机各自的设计目标和物理原理决定的,背后大有学问呢!咱就掰开了揉碎了说一说,为啥咱们坐的飞机尾部光秃秃的,引擎都安在翅膀上。

首先得明白,客机和战机,那是两条道上的人,目标完全不一样。

客机: 咱们坐的这些大块头,主要追求的是舒适、经济、载客量大。它们得安全平稳地把几百号人从一个地方送到另一个地方,飞行高度通常在万米左右,速度也比较稳定,主要就是巡航。
战机: 这家伙们是空中战士,追求的是极致的机动性、速度、推力,还得能携带武器。它们要玩各种高难度动作,低空钻山沟、高空缠斗,对速度和灵活度要求极高。

好,目标不一样,对引擎位置的要求也就截然不同了。

为什么客机要把引擎装在机翼两侧?

1. 结构支撑与载荷平衡:
机翼本身就是客机最主要的升力来源。设计成“悬臂梁”结构,也就是一端固定在机身上,另一端是自由的。
把沉重的引擎挂在机翼下方(通常是靠近翼尖一点的位置),就像在梁的自由端挂上一个重物。这个“重物”产生的向下弯曲力,恰好可以被机翼在飞行中产生的向上升力所抵消一部分,或者说,引擎的重量和它产生的推力,能够与机翼的结构和升力达到一个比较好的平衡。
想象一下,如果引擎装在机翼上面,那重量就需要机翼更强的向上支撑结构来承担,这会增加机翼的重量和复杂性。如果装在机翼内,虽然理论上可行,但处理引擎维护、隔热以及进气和排气的问题会更麻烦。

2. 气动效率与稳定性:
“翼身融合”的升级版: 机翼下方挂载引擎,实际上可以看作是一种早期“翼身融合”的思路。引擎舱产生的凸起,在一定程度上可以改善机翼下表面的气流,与机翼本身的气流相互作用,产生一定的“耦合”,从而提高整体的气动效率。
推力产生的升力: 引擎向后喷射高速气流产生推力,根据作用力与反作用力的原理,这个推力也会对飞机产生一个向前的作用。而挂载在机翼下方,这种向前的推力与机翼下方气流的相互作用,可以产生一种微弱的“负升力”,或者说是一种将机翼向下拉的力。但工程师们可以通过调整引擎角度和机翼设计,让这种影响变得可控,甚至在某些状态下对飞行稳定性有益。
气流干扰小: 将引擎置于机翼后方(相对于机头),可以减少引擎产生的气流对机翼前缘产生升力所需的气流干扰。相比之下,如果引擎装在机翼前方,它的喷流很容易破坏机翼前缘的“迎角”和吸力,降低升力。

3. 重心稳定与操纵性:
客机需要长时间稳定飞行,引擎的重量分布对重心至关重要。将两个大而重的引擎对称地挂在机翼两侧,有助于将飞机的重心保持在一个相对靠前且稳定的位置。
在飞行过程中,即使一个引擎出现问题,另外一个引擎产生的推力大部分还是在机翼上,相对更容易控制飞机,保持航向稳定,不至于像火箭一样容易失控。

4. 易于维护与设计:
机翼下方的设计相对开阔,安装、拆卸引擎非常方便,日常的维护检查也更简单高效。这对于需要高强度运营的客运飞机来说,大大节省了时间和成本。
引擎舱的设计也可以独立于机身,减少了对机身结构的影响,在早期设计中,这降低了设计和制造的复杂性。

5. 噪音隔离:
虽然对乘客来说引擎依然是噪音源,但将引擎放置在机翼下方,相对远离机舱,可以通过机翼和引擎舱的设计,在一定程度上将引擎的噪音隔离在机身之外,提升了乘客的舒适度。

再来看看为什么战机通常把引擎装在尾部(或者机身内部,喷口在尾部):

1. 极致的机动性:
战机最核心的需求就是“灵活”。把引擎集中在机身尾部,让机翼两侧几乎是“干净”的,没有额外的重物挂载。这样可以最大限度地减少飞机在转弯、俯仰等机动时的力矩影响。
你可以想象一下,如果把引擎挂在机翼两侧,飞机在做高速滚转(绕着机身轴线旋转)时,引擎的惯性会产生很大的阻力,让动作变得迟缓。而尾部集中,飞机就像一个更紧凑的整体,更容易响应操纵面的指令。

2. 减少阻力与优化气动外形:
机翼两侧挂载引擎,引擎舱本身就会产生一些阻力。战机追求速度和隐身,它们的设计师会尽量把飞机做得更光滑、更流线型。
将引擎隐藏在机身内,其喷口在尾部,能够形成一个非常简洁、流线型的整体外形,大大降低了空气阻力,有助于提高飞行速度和航程。

3. 重心集中与操控平衡:
战机需要进行剧烈的机动,它需要一个非常灵活的重心。将重型引擎集中在尾部,并且通常与燃油系统、火控系统等一起布置在机身内部,可以实现更集中的重心控制。
通过调整燃油的分配以及辅助配重,可以精确控制重心位置,以适应不同的飞行状态和机动需求。

4. 矢量推力与姿态控制:
现代很多先进战机都使用了矢量推力技术,即可以将引擎喷口的喷射方向进行调整,从而实现对飞机姿态的直接控制。将引擎放在尾部,配合矢量喷口,能够实现比副翼、升降舵等传统操纵面更强的控制能力,比如在低速时提供额外的升力和控制力。

5. 武器挂载的自由度:
机翼两侧是挂载导弹、炸弹、副油箱等武器载荷的理想位置。如果机翼两侧已经挂满了武器,再挂上引擎,那机翼的结构和气动设计就会变得极其复杂,甚至无法实现战术上的挂载需求。将引擎集中在尾部,就给机翼留出了更多的武器挂载空间和灵活性。

6. 进气与排气布局:
战机需要高效的进气来保证引擎在高负荷下工作,而尾部进气(通常在机翼根部或机身两侧靠近尾部)可以减少高速飞行时的进气畸变,保证进入引擎的气流更稳定。同时,喷口在尾部也便于设计各种复杂的排气系统,包括降噪、隔热甚至与隐身技术的结合。

总结一下:

客机: 追求稳定、经济、舒适、载客,引擎挂在机翼两侧是为了结构平衡、气动效率、重心稳定和维护便利。
战机: 追求极致机动、速度、火力,引擎装在尾部(或机身内)是为了减小阻力、实现高机动性、优化重心控制和武器挂载。

就好比你买车,家用轿车追求的是舒适和油耗,跑车追求的是速度和操控。虽然都是“车”,但设计理念和部件布局完全是两回事儿。客机和战机引擎位置的不同,也是各自“性格”和“使命”的直接体现。

网友意见

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觉得有必要回答这个问题哈。

先抛开战斗机不谈(放最后),对于民用主流客机基本都是挂在机翼下面的Engine Pylons Under Wing。比如居家旅行必备的客机如A320,A330,A340,A380和波音737,747,777,787了。大家登机时看到的发动机都是这样挂在翅膀下面的。。

原因:

首先,这样可以抵消由于升力对机翼产生向上的力矩,从而达到力矩平衡。飞机之所以能起飞是由于快速前进的机翼受到空气对其向上的升力,而宽体机的机翼又很长(十几米到几十米),这就像一个巨大的杠杆,翅根表示压力很大,悬挂的发动机无疑可以抵消掉一部分的力矩。

其次,我认为这样的重量分布也可以让飞机更加稳定。想想现代战斗机发动机大都是在机身内部,这样飞机可以各种打滚机动性能更好,反过来想,客机把发动机挂在两边,牺牲了机动性,但增加了稳定性。

第三,发动机尾置的设计变的少见可能和一起紧急迫降后的原因调查有关-。1991年,Scandinavian Airlines 751航班,当时的飞机是麦道MD-81. 由于机翼结的冰脱落后被吸入发动机导致两台发动机同时失效,飞行员不得不凭借高超的技术紧急迫降,所幸无重大伤亡。下图是出事前的飞机。

第四,客机航油储存在机翼里,方便供油。

第五,发动机进气少受机翼和机身的干扰,从而有助达到发动机理想的效率。而且实际中发动机安装位置会靠前一点,防止发动机进气受到机翼前缘leading edge附近向上的气流影响。

第六,机翼本身可以帮忙阻挡一部分发动机的噪音到cabin。

第七,发动机在机翼下方更容易维护。感谢

@王彦辉

但是!!并不是所有的飞机都适合把发动机挂在鸡翅下面的!

因为显而易见,它要求飞机的机翼高度相对于短舱直径要足够高,才能保证发动机和地面之间有足够的空间。以避免以下悲剧的发生。。。

再比如,国内航班最常见的波音737,因为个子比较矮,CFM给提供的发动机又太大,为了让发动机不至于蹭到地面,于是短舱被设计如下馒头的形状。。

于是,对于很多窄体飞机,当机翼高度不够时,就只能把发动机安装在尾部。其实发动机安装在机身尾部也是有好处的,可以减少地面外来物体对发动机的损害,而且当只有单发动机工作时,提供比较对称的推力减少偏航。当发动机部件失效,比如风扇叶片断裂,涡轮盘破裂飞出发生时不是正对着客舱,不容易伤到乘客。。

发动机放在尾部的不乏高帅富的代表商务机的典范,湾流Gulf Stream。

最后回到战斗机。

由于战斗机Fighter 发动机使用低函道比的涡扇发动机(比较瘦的涡扇发动机),大部分战斗机的发动机其实不能说是装在尾部,可以理解为是安装在机身内部的。你能看到的只是前面的进气道和最后的尾喷管。这样做的好处很多,减少空气阻力,隐身,机动性好,帅气。。。

比如Top Gun中的Tomcat F-14,发动机是夹在翅膀根部的。

F-16, F-22, F-35.。

当然没忘也有攻击机A-10这货的存在,

贴一张2011年在Royal Air Force Air Tatoo航展时拍到的A-10。

以上基本回答完毕。请指正。

参考:

1. airplanes-aircraft.knoji.com

2. en.wikipedia.org/wiki/P

3. adg.stanford.edu/aa241/

4. en.wikipedia.org/wiki/S

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