为什么737MAX的发动机尾部是锯齿形？
为什么737MAX和787的发动机尾部是锯齿形？
737MAX因为两起致命事故之后停飞已经有一年多了。什么时候才能重返蓝天？受疫情影响，波音公司的很多工作都延缓了，因此MAX的复飞也继续遥遥无期。波音737 是一个长寿机型，也是全球第一款超过一万架以上的大型客机。737MAX是其最新改进款，它和之前的改进款737NG（New Generation）的最大的不同在于发动机。新款的MAX采用了Leap-1B发动机，这款新发动机采用了一系列创新设计，在增大推力的同时，还大大降低了油耗，获得了航空公司广泛青睐。这款发动机的一个明显的标志就是其的锯齿形尾喷口，它为什么设计成这个样子？为了好看吗？摩登未来主义设计？还是有什么其他的益处？能增大推力或者降低燃油消耗吗？请看Mentour 的视频播客的分析。
直接说结论，尾喷管这样设计的主要好处仅仅是降低噪音。在喷气式发动机的诞生初期，喷气式发动机真的是「喷气式」的。它产生推力的原理就是基于牛顿第三定律——作用力和反作用力相等，方向相反。发动机从前方吸进气体，和燃油混合后在燃烧室点燃，进行可控的爆炸，产生高速气体，经尾喷管喷出，从而产生推力。早期一代的喷气式发动机都很细长，只有一个吸气压缩级，气体被直接吸进燃烧室，点燃，然后推动增压涡轮后喷出。喷出的气流非常高速，而且会产生巨大无比的噪音。那时的喷气式飞机起飞的噪音是相当大的。航空旅行的舒适性和今天相比是非常差的。燃鹅由于喷气式发动机是新鲜事物，它的出现大大的推动了航空工业的发展，使得旅行变得无比快捷；那时喷气式飞机也不太多，人们也还能忍受这些噪音。随着航空业的发展，喷气式飞机原来越多，噪音越来越让人难以忍受。各地居民逐渐机场附近喷气式飞机产生的巨大噪音不满。要求飞机降低噪音的声音越来越强烈。各地都设定了机场噪音的最大标准，建造了声音探测器，设计了航空器的减噪音程序。要求航空公司在起飞后尽快爬升，在降落的过程中尽量减少发动机的推力，以降低噪音对附近居民的影响。也要求飞机设计制造公司尽可能改进设计，降低喷气式发动机的噪音。而涡轮风扇式发动机的问世正好解决了这个问题。随着材料科技的发展，更大和更耐久的风扇被设计出来，在喷气式发动机的外面，可以再罩上一个大风扇，燃烧后的尾气通过涡轮方式增压，把一部分空气吸进发动机后，并不燃烧，而是加压后又高速从尾部排出。这一方面增加了推力，另一方面又降低了发动机尾部喷出气体的速度，从而降低了发动机的噪音。发动机也越造越大，出现了高涵道比（不参与燃烧的外函道和参与燃烧的内涵道的空气流量的比值）的发动机。发动机涵道比越大，推进效率越高，噪音也相应较低。但是因此材料强度等原因，发动机也不可能无限的提高涵道比。这时就出现了锯齿形尾喷管的设计。据说这个设计是由GE公司（通用电器）和NASA（美国航空航天局）联合研制，设计制造出来的。发动机尾喷管喷出的高速气流和大气气流混合的时候会产生强烈的，不可控的湍流，这些湍流会产生巨大的噪音。而锯齿形设计会使高速喷出的气流提前产生湍流，而这些提前产生的可控的小湍流最终反而能降低喷出气体与大气气流混合时产生的噪音。据称采用锯齿形尾喷管设计的发动机在最大推力时能降低发动机的噪音达6分贝。不要小看这6个分贝，因为分贝的单位其实是一个比值单位，降低了六个分贝，实际上降低了75%的噪音量（弹幕解说）。和提高涵道比能同时降低噪音和提高推进效率不同，这个锯齿形尾喷管的设计在降低了噪音的同时，却也降低了推进效率，增加了燃油消耗。但是因为发动机噪音的降低，发动机厂商可以减少一些原来在发动机上安装的减噪材料，从而减轻了发动机的重量，最终提高了发动机的推进效率和减少了燃油消耗。科技改变世界，科技改变生活。我们现在的美好生活，离不开科技的发展。当然，我们也仍需警惕科技发展的一些负面影响，比如MCAS系统带来的两次致命的事故。但是发展中产生的问题，仍需要通过发展来解决。现在受疫情影响，航空业面临非常艰难的时刻。但没有一个冬天不会过去，我们终将度过这个难关。让我们做好准备，迎接美好的未来。
