03.04 在下雨天,飛機引擎吸進雨水不會出故障嗎?

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圖注:發動機吸水試驗,每分鐘進水量高達數百升

飛機飛行通常會盡量避開雨雲區,在雲層上方飛行,淋到雨的機會比較小,如果碰到暴雨,通常會延遲起飛或備降其它機場。

如果是中小雨的話,航空發動機在設計時就已經考慮了這一因素。首先發動機上設置有排水槽,雨滴進入發動機後,一大部分會被風扇葉片甩到機匣內壁上,然後從排水槽流出。如果雨勢大,不能完全從排水槽排出,剩下的雨水中,一大部分會因為風扇離心力的作用進入外涵道,然後直接排出去,只有少部分會進入核心機。

進入核心機的這部分雨水經過低壓壓氣機的壓縮、攪動,會變成水霧,再與壓縮空氣一起被高壓壓氣機變成含水量較高的高壓空氣,然後才進入發動機燃燒室。事實上,含水的高壓空氣進入燃燒室甚至可以增大發動機功率,因為水在高溫下會直接分解為氫和氧,可以提高燃燒效果,從而增加推力。除非含水量增大到一定程度,影響到了點火系統,才有可能導致發動機熄火。

圖注:發動機吸水試驗

事實上,現在的航空發動機在設計時就考慮到了進水的可能,發動機定型前還會進行專門的噴水和濺水試驗,一些大型發動機甚至可以確保在每分鐘幾百千克進水的情況下正常工作。最著名的例子就是澳洲航空32號班機事故,這架A380客機的一號發動機在空中發生爆炸事故,因為爆炸碎片切斷了發動機控制電纜,飛機在緊急落地後無法關閉發動機,機場消防員只能使用消防管對著發動機噴水,結果噴了一個小時也沒搞定,最後直接噴滅火泡沫,才終於把發動機弄熄火。


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民航飛機目前主要裝備的都是渦扇發動機,尤其是一些大涵道渦扇發動機,這些發動機的工作原理和普通活塞式發動機有著本質的不同。

渦扇發動機一般由五個部分組成:壓氣機、涵道、燃燒室、渦輪、噴口。

壓氣機高速旋轉工作時,前端空氣被大量吸入,通過這一系列風扇葉片進行加壓,這個高壓空氣被分成兩股,一股走外涵道;另一股走內涵道,進入到燃燒室中與航空煤油發生化學反應,釋放高溫高壓氣體,之後驅動渦輪,帶動前端壓氣機繼續旋轉,剩下的熱氣流和外涵道的“冷的、高壓”氣流合二為一,通過噴口噴出去,從而產生巨大的推力。

民航飛機一般巡航高度在8000-12000米之間,已經是在雲層之上,所有的氣象現象都已經避免了,在這一高度,沒有大雨、冰雹。不過在此7000米以下高度,飛機還是要經常面對各種複雜氣象條件的。不過對於現在的民航飛機而言,大雨其實對飛機起降有一定的安全影響,不過主要是導致能見度下降,增加了飛行員操作飛機起降的難度。

大雨對於渦扇發動機的影響還是比較小的,主要有三個方面原因:

1、從工作原理上看渦扇發動機本身並不怕雨,雨水被吸入發動機之後,一般由於離心力關係,都是被驅散進入了外涵道,從而並未進入燃燒室,從而不會導致發動機熄火的問題。

2、雨水的進入,相比於純空氣而言,會影響發動機推力輸出,導致工作推力下降,這是對於飛行員而言需要注意的問題。在地面,民航飛機都會進行滑行濺水試驗,從而確保飛行安全。

3、凡是都有度,過猶不及,如果發動機吸入的水量過大,一般相對於吸入空氣質量不能超過3.5-5%,否則水量過多,就會有一部分被吸入到發動機燃燒室導致發動機熄火,那樣就要重新啟動發動機了。在空中的話,出現這種熄火的問題,就要飛行員立即啟動APU,重啟發動機,如果不成功,那就很麻煩了。

所以,總的來說,雨水對於航空發動機而言不是什麼本質性的問題,只要不是很嚴重的暴雨,就不會有問題。

這個問題呢就回答到這裡吧。

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一般不會。航空發動機為了確保安全可靠,在出廠前都會經過各種各樣的極端測試,吞鳥試驗、外物損傷試驗、吞冰試驗、吞砂試驗、吞入大氣中液態水試驗、吞入火藥氣體試驗等。一臺發動機的研製,光是測試就要花費數年時間,而且會佔用很大一部分的總開發成本。所有這些測試都是為了證明發動機符合所有的操作和安全要求。無論是軍用飛機還是民航客機,遭遇大霧、暴雨等天氣都是家常便飯,自然要考慮到發動機進水的可能性。以羅羅遄達發動機(Rolls-Royce Trent)吞水試驗為例,發動機每小時會被灌入3.3萬加侖的水,測試過程中不能導致任何額定推力損失。3.3萬加侖約合125立方米,每分鐘吞水兩噸多,這個測試算是相當苛刻的了~

再者說,現代大多數噴氣發動機都是高旁路,90%的空氣會經過外涵道,只有10%的空氣進入燃燒室,遇到暴雨天氣只有少量的水汽會進入燃燒室,這個時候發動機內部溫度高達上千度,水汽在高溫環境下會轉變為水蒸氣,故而不會影響到發動機的正常運作。

雷暴天氣航班延誤也不是因為發動機會吸入雨水導致熄火這個原因,而是因為這種惡劣的天氣條件會產生各種湍流、雷電、大風、冰雹等複雜氣象,這個時候可視度會降低,會威脅到飛行安全。緊急情況下,飛機降落機場消防人員還可以通過消防軟管向發動機噴水來使其停止運作,消防軟管每分鐘可消耗近1噸的水,這個進水量已經遠遠超出了飛行過程中遭遇大雨天氣時發動機的吞水量了。航空發動機各種測試以安全可靠為第一要義,雨天進個水什麼的算不了什麼。


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航空發動機不是與普通的汽車用的發動機是不一樣的,航空發動機是渦扇發動機,通過壓氣葉片把空氣逐級壓縮,而航空煤油在這些經過壓縮過的空氣中充分燃燒膨脹最後帶動渦輪葉片,而這個渦輪是和發動機主軸連接在一起,這樣就有了一個連續的工作工程。渦扇發動機是以噴氣式發動機為核心機,在之前還有一級渦輪風扇,這部分除了壓縮空氣之外也產生向後的推力。

從渦扇發動機的機構看是一個與空氣聯通的燃燒機構,所以發動機進水對於其性能的影響是功率提高不少。歷史上有一款戰鬥機就是通過向發動機噴水的方式來進行高速飛行,這就是以色列在F-4鬼怪式戰鬥機上改進的一款偵察機,後來由於其他的一些原因沒有繼續研製下去。

普通民航客機和戰鬥機在下雨天飛行都是沒有問題的,因為發動機吸入雨水之後是提高了壓縮比,發動機功率會有提升的。而發動機進水是發動機研製過程中需要進行測試的一個項目。其實我們看民航客機在下雨天正常起降就知道發動機進水是沒有負面影響的。

當然如果把整個發動機浸在水中就是另一種狀況了,可能會出現包括潤滑,油路和電路進水,在這種情況下發動機就要進行維修和檢測了。


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下雨天,渦扇發動機啟動就會吸水,有很多這種視頻你可以看看,渦輪發動機是連續工作的外燃機,前後都是通的,所以不會積水,不像內燃機是密封的,分為四個衝程,其中一個就是壓縮衝程,當氣缸內進水後,發動機一旦運轉就會損壞。


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水對於渦輪發動機來說不是壞事。少量水可以降低壓氣機的空氣溫度,有利於提高燃燒效率。

很多早期渦輪噴氣發動機都有噴水加力措施。大部分情況下,雨水不會對發動機造成不利影響。飛機需要注意的是,在雨中飛行,高空結冰和雷電的危害。


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飛機引擎進水一般不會出現故障,因為進入引擎的雨水會被風扇葉片甩到排水槽,然後排出。即使有少量雨水進入引擎內部。也會被飛機的低壓壓氣機壓縮、攪動、變成水霧,為引擎降溫。

而且飛機引擎出廠前,都會有吞入大氣中液態水試驗,引擎每小時會被灌入3.3萬加倫的水,並且測試過程中不能導致任何額定推力損失。


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航空渦輪發動機基本結構是由壓氣機-燃燒室-渦輪三部分組成,空氣經壓氣機壓縮進入燃燒室與燃料混合燃燒,產生高溫高壓氣體帶動渦輪工作,渦輪向後排氣為飛機提供推力,並帶動壓氣機繼續壓縮入口處的氣體。民航的渦扇發動機還有外涵道,但是基本的工作原理和渦輪發動機是一致的。

與大家潛意識中觀點不同的是,渦輪發動機是可以用水洗的。機務人員在地面清洗發動機時,通常將發動機冷轉,然後將純淨水用高壓氮氣噴入內涵道,有時也會加入專用清洗劑,發動機撞鳥後也可以直接用水槍來清洗。定期水洗發動機可以在一定範圍內保持和恢復發動機性能,提高發動機的工作效率,延長髮動機在翼使用時間,降低發動機維護使用成本,減少燃油消耗。

航空發動機工作時吸入大量的水,是可能會影響發動機工作狀態,甚至導致發動機停車。典型的案例就是中美洲航空110號航班事故:當時該航班在30000英尺的高空通過高水含量雲層(水含量達到25-30g/m3),相當於1小時積水深度達到10米的大暴雨,直接導致發動機燃燒室被澆滅。重啟發動機後因壓氣機工作異常,引起燃燒室出口溫度過高燒燬了後方渦輪,最終導致雙發停車迫降。

航空發動機設計時充分考慮了進水和排水問題。結構上在發動機內壁上佈置了導流槽,將水霧通過外涵道排出,在發動機定型時需通過吞水試驗才能定型生產,民航客機適航審定過程需要通過進氣道濺水試驗考核。

民用發動機吞水試驗吞水量一般按重量計算,至少為發動機空氣流量的4%,水滴直徑不超過2mm 。軍用發動機吞水量要求是發動機空氣總質量流量的2%,3%和5%,並要求有50%的液態水進入1/3的發動機進口扇形面積內,要求在慢車狀態下工作5min不停車。以GE90-115B1型發動機為例,進行吞水試驗時,要以發動機每分鐘吸入4.5立方米水時仍不停車為標準。

總之一句話,飛機發動機進水太多可能會造成停機,但在設計和審定過程中已經充分考慮了進水的影響。


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一般的雨霧不僅不會造成熄火現象,還會提升推力。別問我為什麼清楚,因為我就是發動機


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