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飞机发动机的叶片为什么是松动的 技术上的失误 但却松的很科学

时间:2020-12-23 17:13:25编辑:未知来源:互联网栏目:国内资讯点击数(0)已有0人评论 加入收藏

  榫卯结构是我们引以为豪的文化瑰宝,不用一钉一卯就能让建筑物屹立千年不倒。尽管大飞机上的发动机不是我们的优势项目,但我们的榫卯结构却在其中举足轻重。这是为什么呢?

  航天发动机比如我们常见的涡轮风扇发动机,常常被比喻为现代工业皇冠上的明珠,其输出功率十分惊人,小小的一台只有几吨重,却可以推动几十上百吨重的客机,以接近音速来飞行,所以想都不用想其内部结构一定十分复杂而精密,每一个零件之间的连接也肯定都是严丝合缝、固定紧密。但有的人在登机经过飞机的发动机时,却能意外听到过从里面传出来的哒嗒哒的声音,这声音有点像是金属碰撞的声音。

  这声音从何而来?难道是发动机里面的风扇叶片松动了吗?没错就是它松动了,但是也别怕,它本来就是被设计成这样的。作为发动机里面的承力部件,这些风扇的叶片却不是我们想象当中那样牢牢地固定在发动机上面的,而是通过榫头卡在风扇盘的榫槽里面的,最妙的是台卡的也不紧。榫头和榫槽之间留有间隙,所以当风扇慢慢转动起来时,在重力的作用下,每片叶片在接近十二点钟位置时,都会向轴线方向滑过去,等快要转到六点钟位置时,又朝与轴心相反的方向滑了出去。

  于是风扇叶片就在这样划来划去的过程当中,他们之间的凸台就相互碰撞在了一起,发出这样的声音,或许这看起来还不如电脑机箱里面的散热风扇来得牢靠,居然可以把我们带上云霄,实在是太不可思议了。

  那么为什么航空发动机里面的风扇叶片要这样松垮垮的装在一起呢?

  首先连接起风扇叶和风扇盘的榫卯结构叫做“纵树型”榫卯,因为它看起来确实是很像一棵纵树及冷杉树的外观,呈现出一个有齿的V型榫头和榫槽之间有着明显的空隙,可以方便榫头在一定范围内自由的滑动。当发动机开始工作之后,随着转速增加离心力也开始增加,于是就将每一片风扇叶片往外拉,也是使它们的榫头在各自的榫槽里面往外移动,而每一片叶片的榫头往外移动的量都是不一致。

  由于在一个盘面上每一片风扇叶片的对面都有另一片与之相对的叶片来平衡离心力。让我们想象一下,假如左边这片叶片A上面被一个小石子刮了一下,稍微损失了一点点的质量,而与它对称的右边的叶片B则相当完美。这个时候如果风扇快速旋转起来,两边的离心力不会一致。完美叶片B受到的离心力显然会比伤残叶片A受到的离心力更大一些。于是这样并不平衡的力就会把风扇盘面的重心拉离了它的中心,也就是拉离了旋转轴的位置,这时振动就开始产生了。

  而机械结构都怕震动,震着震着就把自己给震散架了。为了避免这种情况发生,工程师就设计出了这个神奇的纵树型榫卯。A叶片“受伤”变轻了,于是再转起来之后,就多在榫槽里面往外滑动一些,而B则会自动少往外滑动一些,这样的话,两边的离心力又再次回到了平衡点上,震动也因此而减小了。

  风扇叶片装得松松垮垮的是为了减少震动

  所以航空发动机的风扇叶片之所以要装得松松垮垮的,主要就是为了减少震动。这跟我们的直觉是不是有点冲突?我们觉得要夹得紧紧的,才不会左摇右晃,谁知道反而是放松一些才能真正实现又紧又稳,所以工程师的工作常常都是反直觉的,

  你有在生活当中发现什么反直觉但是却更好用的设计吗?

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