1翼吊发动机安装对飞机设计的影响
考虑到飞机的操控性能，早期喷气式飞机发动机的安装方式多为翼根埋入式，该安装方式可以有效降低发动机出现故障后飞机的偏航力矩。但缺点也非常明显:发动机叶片或涡扇发生故障，会对机翼的结构完整性构成威胁;发动机进气效率低;发动机维护修理困难;后缘无法布置襟翼等增升装置，从而降低机翼的最大升力系数。目前，飞机上应用最广泛的安装形式是翼吊形式，主要优点是:发动机重量更靠近全机重心，减小全机重量配平困难;发动机重量对机翼减载作用，减轻结构重量;发动机的进气和喷流远离机体;降低发动机失效时对机翼整体油箱产生的风险;便于发动机安装和维修。
2发动机相对于机翼弦向位置
发动机弦向位置对飞机起落架的设计也有很大影响，例如当x/c≥0．20时，增加z/d值可以降低飞机的阻力系数，但为保证发动机外罩和地面之间的距离，起落架必须设计的足够长，起落架根部的弯矩增大，重量增加。在翼吊式发动机安装设计中，发动机相对于机翼的弦向位置(包括前伸量x、下沉量z两个方面)会影响整个机翼的气动性能。NASA和世界各大飞机公司做了大量试验研究，给出了弦向位置z/d和x/c对机翼阻力系数增量ΔCD的影响曲线，如图2所示。在升力系数CL为0．75，马赫数Ma为0．77的条件下。当x/c≥0．20时，z/d值越大则飞机的阻力系数越小;当x/c＜0．20，z/d值越小则飞机的阻力系数越小［8］。对于后掠翼，发动机安装位置越靠前，机翼重心越接近机翼刚心，越有利于改善机翼的颤振性能。此外，弦向位置对吊挂和机翼受力状态也有较大影响。由于气动载荷引起的机翼扭矩为抬头扭矩，因此发动机前伸量越大，发动机重量对机翼扭矩的减载作用越大;下沉量越小，发动机推力对机翼扭矩叠加作用越小。因此从机翼受力考虑，z/x1越小越好。但减小z/x1的后果是，吊挂整体刚度降低，应力水平增加，增加了吊挂结构的设计难度。
3发动机相对于机翼展向位置
发动机展向位置对襟翼结构的设计有比较重要的影响。发动机高温、高能量排气冲击襟翼，会增加襟翼的载荷和温度，在襟翼设计时必须考虑使用更昂贵的钛合金作为结构材料;发动机高温、高能量排气冲击襟翼时，会引起襟翼振动。因此，翼吊发动机机翼总体设计时应错开发动机吊挂和襟翼支持结构的安装位置，避免襟翼支持结构在发动机高能量排气激励下产生不利飞机安全的振动。发动机相对于机翼的展向位置对飞机的气动性能影响较小，影响发动机展向位置的主要因素是机翼的受力状态、飞机的操作难度及对襟翼设计的影响。从机翼结构设计和强度方面考虑，气动载荷使翼根部位承受向上的弯矩，因此发动机距机身越远，发动机重量对翼根弯矩的减载作用越大，有利于减轻机翼的结构重量。但是，发动机距离机身越远，单发停车时偏航力矩越大，空中、地面和着陆进场最小操纵速度增大，难以满足适航规章规定。从翼吊布局飞机的统计数据看，四发飞机内侧发动机一般位于机翼30%～37%半展长处，外侧发动机一般位于55%～67%半展长处，双发飞机发动机一般位于33%～38%半展长处。此外，发动机吊挂短舱和襟翼之间的气流也会互相影响，从而增加飞机的飞行阻力，影响飞机起飞时的爬升性能。在总体设计时，可以通过取消发动机后的襟翼结构来降低发动机对襟翼的影响。B747飞机中内侧发动机布置在内襟翼和外襟翼之间，外侧发动机布置在外襟翼外侧，可以降低发动机排气冲击到襟翼造成的不利影响。发动机相对于机翼弦向位置靠前，有利于飞机的整体设计。因此，在飞机设计中应尽量增加发动机吊挂的前伸量，减小发动机吊挂的下沉量，但该设计方案会严重降低发动机吊挂的整体刚度，并使吊挂的受力增加。因此应给予发动机吊挂足够的设计重量，以满足强度设计要求，保证飞行安全。发动机相对于机翼的展向位置对飞机的气动性能影响较小，影响发动机展向位置的主要因素是机翼的受力状态、飞机的操作难度及对襟翼设计的影响。从翼吊布局飞机的统计数据看，内发或单发一般位于机翼30%～38%半展长处，外发一般位于机翼55%～67%半展长处。在襟翼设计时，应着重考虑发动机展向位置的影响，取消发动机后的襟翼结构可以有效降低发动机排气冲击对襟翼造成的不利影响。
作者：赵秀峰 谭申刚 沈威 李永福 单位：中国航空工业集团
