发动机的翼吊和尾吊布局
                                                       ——程不时
   （文后有下期博客预告）
  （ 有网友提问：请谈谈发动机翼吊和尾吊布局的比较？这个问题，在“运10”初步设计

时是研究过的，并且对两种布局都进行过风洞试验，建造过一比一尺寸的木质样机来比较

。现将客机发动机几种布局的优缺点比较如下。）
   
   1970年8月，国家正式下达研制我国大型喷气客机“运10”的任务。当时，世界上已经

有四个国家推出了喷气旅客机，即英国、苏联、美国、和法国。在“运10”总体设计的初

期，首先将已有的喷气技术现状纳入视野，研究不同的技术手段的优缺点，从而决定“运1

0”将采用的型式。其中突出的一个布局问题，就是决定发动机在飞机上的安装位置。

                         翼根方式首先出局

   在喷气客机的发展上，首先出现的英国的“慧星号”，发动机是安置在机翼根部的。以

后苏联的“图-104”也将双发安装在机翼根部的短舱内。
    尽管“翼根布局”是最早出现的方式，但技术上的效果却不佳。它最突出的缺点在于

发动机的喷流靠近机身，不但喷流对附近的结构加热，而且噪声冲击气密客舱的舱壁，使

客舱内坐在发动机喷口附近的旅客，在飞行中难以承受高强度的噪声冲击。噪声冲击还使

气密客舱的舱壁结构产生“声震疲劳”。曾有连续几架英国“慧星号”因客舱结构发生疲

劳断裂而坠入地中海。
   “翼根布局”还有其他缺点。比如发动机的安装打断了机翼主梁的传力路线，使受力系

统的设计变得复杂，加大了机翼根部的结构重量。此外，发动机安装在机翼结构之内，使

维护发动机的通路不开敞，可接近度低，增加了日常对发动机维修的困难等。
“慧星号”连续失事的教训影响巨大，从此开创了客舱设计中防疲劳设计的大课题。在“

运十”概念设计阶段，对发动机的翼根安排，经过技术分析就决定不予采用。从那时以后

近40年来，世界其他客机也都没有再采用这种翼根布局。
所以，尽管翼根方式是喷气客机历史上最早出现的布局，但在“运10”的概念设计阶段是

最早出局的方案。
    （附注：翼根安排对民用客机的设计是不利的。但是，自从军用飞机“隐身技术”成

为主导的要求以来，为了消除发动机短舱对雷达波的反射，一些新型的军用机却又开始将

发动机安装在飞机机体结构以内。因此，我们对事物的优缺点的分析，要针对需要而定，

而不能绝对化。）

                        尾吊布局适用于中小型飞机

   在“运10”设计中，尾吊布局是首先认真研究过的方案。
   客机的发动机尾吊式布局，在50年代末首先在法国的“快帆号”客机上采用。
将发动机短舱安装在机身后部的两侧，有两个很直观的优点。第一，这是一种“干净机翼

”的设计。发动机的位置在机翼后，因此短舱的进气、喷气、以及外形的干扰都对机翼上

的气流影响较小，机翼可以比较单纯地按空气动力学需要来设计。第二，装在机身两侧的

发动机的推力线接近飞机的对称轴线。在单台发动机停车的情况下，继续工作发动机的推

力对飞机产生的不对称偏航力矩较小。
   “运-10”对尾吊布局首先作出了初步设计，制作出模型，进行了风洞试验，还制造了

一比一的全机木质样机。
当时我国已经引进了几种尾吊式飞机。它们的设计和使用特点是运10设计者必须研究的。

这种研究揭示出以下几点情况：

●“三叉戟”在低空可能突然自动推杆进入俯冲
英国的“三叉戟”在尾部装了三台发动机。这种飞机遇到改出“深失速”的安全问题。由

于发动机舱在后部，所以飞机的水平尾翼必须提高位置以离开发动机喷流的影响。这样，

当飞机处于大攻角状态进入失速时，驾驶员必须有效地操纵平尾使机头向下减小迎角。而

大迎角姿态下，高平尾却处在机翼的尾流遮蔽区，尾翼的效力降低，驾驶员很难使飞机恢

复到安全姿态。为此，英国的“三叉戟”在驾驶舱内驾驶盘下方安装了一个“强制推杆”

的装置，当飞机的迎角大到接近失速时，将自动将驾驶盘向前猛推，从而使飞机的迎角急

剧减小进入俯冲。
可是，飞机处在大攻角状态时，正是刚起飞离地、或即将落地的低空。这时用自动装置猛

然推杆，虽然避免了机翼进入失速的危险，但飞机在低空霎间进入俯冲也会带来另一种不

安全。而安全问题，是客机设计的主要问题，“运10”的设计不应在这种问题上冒险。

●“伊尔-62”机头有水箱，机尾有尾撑以防机头上翘
苏联的“伊尔-62”是我国在七十年代引进的另一种尾吊布局的机型，它的四台发动机吊装

在机身尾部。
从外观上初看，发动机短舱前面是进气口，后端是喷口，给有些人一种错觉，感觉短舱只

是一个内装空气的空筒，可以任意向飞机上什么地方一装，对全机没有大的影响。实际上

发动机很重，在飞机的全机重量分布中，发动机短舱的位置是一个影响全机配平的沉重的

砝码。
“伊尔-62”将四台发动机都装在尾部，为了维持飞行中全机的重心，飞机尾部的重量要靠

机身前舱的旅客和货舱的装载来平衡。这样，给旅客坐位的调配和货物安排带来麻烦。比

如，当某些航班旅客较少时，或者在不载旅客空机转场的时候，飞机会由于严重“尾重”

而不能飞行。所以，这种飞机在前机身特地设计了配重用的水箱。当重心调不过来时灌几

吨水来压住机头。此外，飞机到达目的地后，旅客离机使前机身很快出空，配重功能消失

。为此，这种飞机在机尾特地设计了一种尾撑杆。在飞机落地后要由工作人员取出撑杆来

撑住机尾，以防重心后移而使飞机像幼儿园的翘翘板似的突然上翘、机头指向天空。这种

飞机的全机重量配置不理想，使飞机的使用相当不便，
“运10”的设计人员经过反复比较，并结合“运10”本身尾吊方案的风洞试验，及全机一

比一木质样机的总体布置研究后，发现尾吊布局不适于“运10”计划执行的飞行任务。
从那时以后至今约40年中，有更多的尾吊式飞机进入我国。主要都是较小的机型，有载客

十人左右的公务机、以及载客数十人的支线客机。只有一种后来发展成载客150量级的干线

机，就是麦道“MD-82”，在上个世纪80年代曾在我国进行总装。
● “MD-82”的“铅笔形”畸形机身和客舱的“甬道效应”
“MD-82”的原型是约40年前的中型飞机Dc-9。后来航空运输对载客量要求越来越大，麦道

公司便在Dc-9的基础上，保持原来的尾吊布局，和每排5座的小直径机舱剖面，依靠不断拉

长前机身的长度，形成“MD-80”系列的干线客机。这种飞机具有超长的“铅笔型”畸形前

机身。航空运输部门对每次飞行安排旅客坐位的配置感到不便。而旅客反映：坐在狭窄而

细长的机舱内，有一种坐在一根管子中一样不舒适的“甬道感”。
在客机市场的激烈竞争中，麦道公司用这样的尾吊布局苦苦挣扎了三十多年，终于在上个

世纪90年代被波音公司所兼并，在干线客机领域被淘汰出局。我国引入的生产线同时遭到

废弃。
尾吊布局对公务机、支线客机等中小机型有使用的舞台，一般说不适用于较大型的干线客

机。

 （运10在1981年12月8日飞抵北京南苑机场 ）

               “翼吊布局”成为半个世纪以来干线机的主流

“运10”最后选择了“翼吊”布局。一段时期内，一些人认为“运10”采用的是“美式”

而经常发出谴责。但到了21世纪，人们看到，翼吊布局已经成为美国、欧洲空客、俄罗斯

各国大客机所共同采用的主流布局。并且，至少在21世纪前十年，我们看到尚在研制的新

型号（空客“A380”和“波音787”）仍然采用这种布局。
这种发动机布局，最初出现在美国波音公司研制的美国第一种喷气轰炸机B-47上。
还是在1943年，波音公司应美国空军要求，研究装多台喷气发动机的轰炸机，即XB-47。设

计师们先后提出过几种研究性方案。最初424号方案实际上就是B－29螺旋桨轰炸机的缩小

，只是在翼下成对地挂上四台喷气发动机。这是最早提出翼下吊发动机的设想。但是风洞

试验的结果证明，这个方案主要由于机翼的阻力降不下来而不成功。
波音公司开始寻找其它的发动机位置来增进机翼效率。432号方案是将四台发动机全部装在

机体内。1945年，美国得知德国在二战期间对后掠机翼的研究结果之后，将XB-47转向后掠

翼，形成了448号方案，它的机翼1/4弦线后掠35度。
美国迅速进行了新的风洞试验，证实了后掠机翼的效能。但是空军出于安全性和生存性的

考虑，反对将四台发动机安装在机体内部。这样导致了6台发动机外挂在机翼下的450号方

案。美国空军在1945年10月批准了这个方案。这是翼吊发动机布局的飞机正式出现。
B-47取得巨大的成功。以后这种发动机安装型式被后续的B-52所继承，并被随后研制的大

型喷气客机“波音-707”所沿用。
这种布局有以下几点主要优点：
●发动机重量在全机重心附近，减小了全机重量配平的困难
在全机的重心配置上，发动机作为可观的重量砝码，吊在机翼下在飞机的纵向位置上正好

处于飞机的重心附近。因此，再也不需要用旅客的重量来平衡发动机的死重（指每次飞行

不变化的重量项目），客舱可以在飞机重心前后对称地安排，客舱“空载”与“满载”时

的重心变化不会很大。
●发动机重量对机翼有减载作用，减轻了结构重量
飞机的机翼在飞行中是产生升力的，通常机翼根部是飞机强度设计中的关键地区。发动机

装在机翼下，发动机的重量对机翼的根部弯矩有减载作用，减轻了结构重量。而发动机安

装在吊挂上向前伸出机翼中性轴的前方，对防止机翼的颤震也是有利的，可以减小为防颤

震而安装的配重重量。
●“有利干扰”有助于减低阻力
发动机吊在机翼前下方，对机翼上的气流产生影响。但空气动力学的研究表明，如果安排

得好，这种影响可以成为“有利干扰”，即机翼与发动机短舱结合后的总阻力，反而比机

翼和短舱单独阻力之和为小。
● 发动机的进气和喷流远离机体
发动机的进气道和排气管都较短，进气口接纳的是自由气流，可以最好地利用气流能量（

而尾吊的发动机接受的是受机翼干扰后的气流）。翼吊式的喷流也远离飞机机体，不会对

机体结构产生高温培烤、气流冲刷或噪声轰击。

翼吊发动机的设计问题，在于发动机离地面较低，需要注意防止发动机进气口在地面开车

时吸入地面杂物。此外，翼吊发动机为了使发动机进气口的下缘离开地面一段安全距离，

不得不将机翼做成上反角。但后掠机翼本身就已经具有很强的“上反效应”。这样一来，

上反的后掠翼将要求很大的垂直尾翼才能得到合适的横侧安定性的匹配。为了避免这一点

，从第一架成功的喷气客机“波音707”起，就开始装有自动器“偏航阻尼器”来获得满意

的安定性，而不将垂直尾翼做得过大。
这个办法已经为多种飞机所采用。所以上反的后掠翼上采用翼吊发动机到今天已经成为世

界大型客机通用的布局方式。这正是“运10”所采用的布局。

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