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波音777的发动机燃烧后,为什么还在转?

最近两年对于航空业来说,可谓坎坷不断。前天,波音生产的777客机发生严重的事故。 当地时间2月20日...阅读全文

最近两年对于航空业来说,可谓坎坷不断。前天,波音生产的777客机发生严重的事故。

当地时间2月20日下午,一架美国联合航空波音777客机升空后不久,飞机右侧的发动机外壳碎裂并且开始起火燃烧,飞机随即返航,幸好没有酿成重大事故,很快美联航和日本就决定禁飞所有777 (消息回顾:) 。

发动机正在燃烧的波音777客机

事故中的一处细节

当然了,这次出事并不是波音公司的锅,而是应该把重点放在这款PW4000发动机上。事故原因还在调查中,我们今天先来讲讲其中一个“不引人注意”的技术细节。不知道大家注意没有,下图就是当时乘客拍摄的事故发动机的视频,视频中除了可以看到面目全非的发动机和熊熊燃烧的火焰之外,一个引人注目的地方就是这台发动机中的转子居然一直在转动。

熊熊燃烧的发动机依然在转动

而且不仅仅是这次的发动机事故,诸如2019年7月份的达美航空DL1425号航班事故,同样是发动机发生了严重故障故障,而根据机上乘客拍摄的视频,你同样可以看到发动机中的转子依然在转动。

2019年达美航空事故中依然在转动的发动机

难道飞行员胆子这么大吗?都已经发生这么严重的事故了,怎么还能让发动机在那儿转动?这是怕发动机坏的还不够彻底?你还别说,这让发动机“转起来”还真就是故意的,甚至于不转都不行,必须要转。

发动机的风车状态

当然,这里说的让发动机“转起来”,不是给发动机推力、让它继续转动,而是让它 进入一种叫做“风车状态”的模式 。

我们知道,当飞机在高速飞行的时候,相对飞机而言,气流是高速从前往后流动的。而发动机最前面的大风扇就好像一架风车一样,静止的风扇在这股气流的吹动下,发动机的转子就会转动起来,而这种状态就叫做风车状态。

民用大涵道比涡扇发动机的风扇结果

风吹动下转动的风车

而上面说到的发动机事故中,发动机就是进入了风车状态,这个时候发动机已经完全失去了自主动力,是在空气的驱动下才转动起来的。

而之所以在发生事故之后,要让发动机进入风车状态,原因很简单:因为 只有转子转动起来、进入风车状态,失去动力的发动机才能够把阻力降到最低 。

要知道,飞机的发动机一旦故障,产生的效应不仅仅是没有推力了那么简单,更重要的是,不仅没有推力了,直径那么大的发动机反而是很大的阻力。

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像波音777这样的只有两台发动机的客机,一旦一台发动机失去动力,那么一台发动机有推力、另一台发动机有阻力,就必然会让飞机受到一个很大的力矩作用,这样飞机就会变得很难操作,降低飞机安全迫降的可能性。

单发失效之后的波音777科技

所以,在发动机发生故障之后,一定要让发动机进入风车状态,因为风车状态,转子的转速会远远低于正常的工作转速,不会造成发动机进一步的损伤,而且可以尽可能地降低发动机产生的阻力,让飞机可以正常着陆。

发动机的安全性设计

可千万不要小看这个“风车状态”,事实上它涉及到一个非常新的航空发动机设计技术,叫做“安全性”设计。简单说,这种设计要求,当发动机遇到非常罕见的事故之后,一定不能阻碍飞机的正常飞行,所以这种设计不是说让飞机或者发动机不坏,而是顺着我们设计好的方式坏。

比如说著名的GE90发动机,这台发动机巨大的风扇后有两处轴承来约束风扇的转动,那么请问,这两处的支承结构是设计更不容易坏好呢?还是更容易坏好呢?

GE90发动机风扇后的两处轴承

你一定会想:那还用说嘛,当然是越不容易坏越好,最好是造的特别结实,不管你怎么折腾绝对不坏才最好。

但是安全性设计可不是这么想的。

要知道,一旦发动机发生故障,一般最先出问题的就是轴承,而轴承一旦抱死,就意味着转子无法再转动,但这个时候发动机的转动还有巨大的惯性,所以可能直接造成断轴,这样的话涡轮就会飞转,很容引发更严重的事故。另外,轴承抱死之后,发动机就不能进入风车状态了,同样会给飞机的迫降造成严重的威胁。

所以安全性设计就要求,这两个的支承结构一定要相对容易坏一些,这样一旦发生事故,只要轴承抱死,那么巨大的旋转惯性会把整个风扇后面的支承结构给“拧断”,这样转子反而能够“自由”了,不会造成更严重的事故。

不要看就是这么一个小小的细节,背后的考虑,实际上远比你想象的复杂得多,也反直觉得多。

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