下雨时,雨水进入喷气式飞机的发动机怎么办?

下雨时,雨水进入喷气式飞机的发动机怎么办?

进水是多少肯定会有一点的,关键是不会有害处,反而可能带来好处。喷气发动机喷的是三昧真火,虽然大家都说水火不容,那是我们这种生活条件下而言的,雨水只能助长,浇不灭发动机里边的真火,反而高温高压下,水会分解成氢气和氧气,动力会更好,请关注:容济点火器

实际上,雨水以及沙石飞鸟等异物被吸入航空类发动机(一般是涡扇发动机)后,有很大得一部分都进入不了核心机得(包括高压压气机和燃烧室以及高压涡轮),大部分异物都会在经过风扇后在离心力的作用下进入外涵流道,然后排出到了大气里边,整个过程就好比朝一个家用风扇喷水一样的道理。

现代的喷气式发动机,最前面的是一个压气机,而且是分几级压气的,所谓压气机其实就是一个大风扇,当雨水冲进去发动机的时候,首先会附着在叶片上边,而在叶片的高速旋转下,利用了离心力自己就可以把水甩到发动机内壁上,这时再在内壁上设计一个导流槽就可以把雨水导出发动机了。

而且即使进水了,正常情况下不会对发动机造成任何不良影响,除非在高空或者低温状态下水气结冰就会对发动机造成了致命伤。因为发动机燃烧室内温度都高于1000度,压力高达数百兆帕,水气不仅不会起到阻燃,而且还会被分解。水的阻燃效果是因为会在燃烧物表面形成了阻止氧化的保护膜,而飞机燃烧室内并没有这类固态燃烧物,而是一定浓度的油气混合气,在位于燃烧室内涡流稳定器后再稳定燃烧的,水气不可能在每个油气分子表面形成了阻燃膜,自然没法使得燃烧室熄火了。而结冰就完全不一样了,发动机的压气机是位于燃烧室前,又是低温部件,同时还是高速部件,尤其是高压得压气机,转速非常高,结冰的直接后果就是会直接打坏压气机,轻则造成叶片变形,引起进气喘振,重则造成叶片断裂,甩出击穿发动机导致发动机爆炸。

要知道发动机涡轮前的温度都在1000摄氏度以上,而战斗机用的高性能发动机,涡轮前温度都在1500度以上,最高的可以达到1700度以上。雨水在到达发动机进气口时,由于进气口的空气流速非常快而且涡旋非常多又非常激烈,混在空气中的雨水瞬间就会被撕裂了,形成了气水雾状混合物,也就是和云一样的东西。就算有比较大的雨滴没有被完全撕裂,发动机前端的空气压缩机叶片也会将它搅碎成雾状的。而雾气进入发动机之后会和发动机内的含碳元素的汽油发生反应了生成新的烃类物质,而这些新的烃类物质实际上是比汽油更好的燃料,更加有燃烧值,会使得发动机变得更有力。就好比水滴掉进旺盛的火炉中,火力不但不减小而且燃烧会更旺盛一个道理。甚至有部些飞机,利用了这一特性,让水在变成水蒸气膨胀1600多倍得气体,往飞机发动机里喷水,来增加了排气量,产生了更大推力。但是这种方式让水蒸气挤占燃烧室空间,降低了燃烧室氧气含量,使得燃烧不太充分,浪费了燃油,起飞的时候浓烟滚滚。

首先要说的是,喷气式飞机在飞行的时候如果遇到下雨,那么雨水确实是会大量进入到发动机的。

我们用世界上最常见的一台民用航空发动机CFM-56发动机为例,这台发动机每秒钟可以吸进去300公斤空气,所以一架有两台发动机的波音737飞机一秒钟可以吸进去500立方米的空气,半分钟可以把一个大型体育馆的空气抽光。而如果遇到了下雨,这一整个体育馆那么大的空间里的雨滴都会被吸到发动机里面去。

有人想,这么多水进到发动机里面去,是不是一下子就会把发动机燃烧室里面的火给浇灭了、让航空发动机熄火呀?

虽然理论上发动机有可能因为雨滴进入而熄火,但是实际上是不会的。我们知道,空气不是直接进入到燃烧室燃烧的,而是要先经过压气机压缩【如下图所示】。压缩过后的空气温度可以高达几百度,所以液态水早就变成了水蒸气了,参与燃烧的气体只是水蒸气含量比较高的气体而已,并不会“浇灭”燃烧室中的火焰。

但是,航空发动机在设计的时候仍然不希望水滴进入发动机内。

现在的高赞答案可以见下图,我不知道他是不是在开玩笑,但是说“没有坏处”和“水分解成氢气和氧气,动力会更好”的说法是完全错的。

由于雨滴击打风扇和压气机叶片,并且可能吸附在叶片上,造成发动机叶片更加容易损坏。同时,由于水蒸气含量的提高,给整个发动机内部气流的流动发生变化,造成发动机效率的下降,甚至于可能造成气流失稳。另外最直接的问题是,水蒸气含量提高会使发动机燃烧室内气体的含氧量下降,轻者使燃烧室燃烧效率下降,重者会造成发动机熄火。简单说,如果你把一台航空发动机整个扔到水里面,那这台发动机肯定会熄火的,所以进入一些雨滴可以,但是太多就不行了。

为了对付这些雨滴,所有的航空发动机都要进行“吞水试验”,简单说就是给发动起来的航空发动机里面灌水,看看航空发动机能不能正常运行【如下图所示】。

而在客机飞行的过程中,大部分是位于平流层的,简单说,就是飞机飞在云层之上【如下图所示】,这个地方没有雨雪之类的东西,所以发动机自然不会吸进去那么多的水。

下雨时,雨水进入喷气式飞机的发动机怎么办?

关于客机发动机进气口那么大,穿过云层时吸进去大量雨水会不会有影响的问题?这个你可能不知道现代航空发动机在研发测试阶段,简直可以用“残暴”来形容的测试方式吧。具体来说的话,当一台全新设计的航空发动机组装下线后,干的第一件事就是给发动机进行各种类型的“毁伤试验”,以地面模拟的方式提前验证该发动机未来装备在客机身上后,能否满足各种飞行条件下的安全可靠性,具体来说的话主要分为五大类试验。

一、飞鸟测试 随着航空发动机为了追求更低的油耗使得涵道比越来越大后,对于客机而言发动机进气口尺寸的增大,意味着其吸进飞鸟的可能性也越大,而鸟撞飞机发动机产生的伤害甚至可以将飞机撞毁。比如一只鸟以70千米的速度撞上一架正常飞行的民航客机,那么鸟撞击到客机时的撞击速度就等于鸟自身70千米的时速加上客机飞行时至少800千米的飞行时速,再加上鸟自身的重量所赋予的加速度下更使得鸟撞飞机就像是炮弹击中飞机一样,某航空发动机制造商曾根据动量定理模拟测试过,一只0.45公斤的鸟与时速800公里的飞机相撞,会产生153公斤的冲击力;一只7公斤的大鸟撞在时速960公里的飞机上,冲击力将达到144吨。所以飞机和机场会通过各种高科技手段,避免和鸟类的近距离接触,当然对于发动机而言,自身也要具备承受如此大冲击力的实力才行。

试想一下,鸟类撞击到机身上或许还能避免,但是撞击到发动机最前端尺寸越大、长度越长、而且厚度还特别薄的风扇叶片时,将近900千米/时的撞击速度下,最前端的风扇叶片能否承受住鸟撞的冲击,就成了发动机试验环节中首要考虑的问题。所以在发动机研发出来地面测试时,试验人员会在发动机正常运转的时候,通过空气炮将一只重量和鸟差不多重的鸡射进发动机内,来模拟测试正常运转的发动机叶片在如此大的冲击力下会不会断等发生故障。

二、浓雾、冰雹测试 喷气式飞机正常巡航飞行时的高度基本都在8000米以上,某些公务机或者大型四发客机的飞行高度甚至能够达到1.2万米高度,在这个高度下外界气温非常低,而且伴随着客机在穿过云层时,很可能会遇到特大暴风雨、冰雹、甚至和足球大小的冰块都是很常见的气象环境,那么对于航空发动机而言,能承受的住鸟类的撞击,能否承受得住甚至比足球还大的冰块和大量的冰雹撞击也是非常关键的测试。

所以在地面测试时,测试人员会通过人工模拟的方式将大量人造冰雹、甚至冰块同样通过空气炮射进发动机内,来模拟测试客机正常飞行环境下,遇到浓雾、冰雹、甚至特大冰块撞击下的安全可靠性。

三、火山灰测试 火山爆发的新闻虽然在很多人记忆中只出现在新闻媒体中,但是据统计全球现阶段处于活动状态的活火山数量高达1500座,每年爆发的活火山次数就超过了50次以上,那么对处于全球越来越密集的航线的民航客机而言,火山喷发产生的火山灰不仅会遮天蔽日,影响民航客机的正常飞行;而且火山灰中常见的硅酸盐熔点只有600度左右,如果被大量吸进发动机内部的话,玻璃状的火山灰颗粒将会被温度超过1300度的发动机高温燃气所融化,继而粘结在发动机叶片上,造成发动机排气不畅、产生喘振,甚至因为叶片质量不一样产生的离心力不同造成发动机叶片折断损坏。

比如1989年底美国泛美航空公司一架载有几百人的波音747大型客机在执飞阿拉斯加——西雅图的航线时,客机在穿越阿拉斯加山脉时,地面的罗伯特火山突发爆发,产生的火山灰迅速喷发造成整个空域都被重度污染,当时这架B747客机装备的四台发动机就因为吸入大量火山灰,造成发动机内部堵塞全部熄火,好在机组成员迅速下降高度后安全迫降,才避免了一起重大安全事故产生,而结果就是四台发动机全部报废。

所以现代航空发动机在地面测试时,也会进行相应的火山灰模拟试验,模拟过程其实也不难,就是将大量的火山灰通过人工的方式喷洒出去,测试人员会模拟火山灰的不同等级喷发量,来测试引擎的稳定性,只有通过相应测试的引擎才会被用在民航飞机上。

四、叶片脱落测试 航空发动机在正常运转过程中,发动机内部的涡轮转速高达每分钟两三万转,就算是最前面我们肉眼能够看到的涡轮风扇转速也达到上千转,这么高的转速下产生的离心力也是特别大的,特别是最前面的风扇叶片尺寸很大,产生的离心力更大,而风扇叶片又很薄、且是直接卡接在涡轮轴上的,长时间的运转下叶片很可能会发生松动脱落,结果就是发动机叶片脱落后在巨大的离心力下超音速飞出去,如果叶片飞出去直接击中机翼或者机身的话,势必会造成机毁人亡。

所以在发动机地面测试时,就要提前测试发动机叶片万一脱落、或者断掉后,发动机最外面的机闸能否包裹住、使得其不会飞溅出去。具体测试环节中,工作人员会等到发动机处于最大转速时,引爆提前粘结在叶片根部的高爆炸药炸断风扇叶片,让叶片高速飞出去来测试外部的机闸能否包裹住飞溅出去的叶片。

五、喷水试验 客机在穿过云层的时候前面也说过很可能会遭到特大暴雨、冰雹等恶劣气象环境,那么对于发动机而言,在遭受极端特大暴雨冲击时,发动机最前端的俄叶片能否承受着暴雨的冲击、大量的雨水进入发动机内部后会不会造成处于内部高温状态的发动机熄火甚至爆炸都是需要提前测试的。

这个测试其实也不难,就是在地面状态下等发动机处于正常运转一段时间,发动机各项工况都处于正常范围后,启动布置在发动机进气口最前端的喷水装置,大量的雨水喷进发动机内部,来验证发动机在面对大量喷水时的安全可靠性。

等发动机装到客机身上后,客机还要进行溅水试验,所谓的溅水试验就是验证新飞机在大量积水跑道上高速滑行时,滑跑过程中来自飞机底部或前起落架溅起的水不会进入飞机的发动机和辅助动力装置的试验,当然在这个过程中,被起落架溅起的大量水也会被吸进发动机内部,所以这个溅水试验同样是对发动机吞水试验的一大考验。

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