不知道有人注意過沒有，有一些軍用航空發動機的外殼上並不是平整光滑的平面，而是充滿了像魚鱗一樣的結構。

△F-135發動機△

△EJ200發動機△

這樣的結構幾乎可以見於每一款先進的軍用航空發動機上，比如說F-35戰鬥機的動力F-135發動機、F-22的動力F-119發動機，還有歐洲“颱風”戰鬥機的動力EJ200等等，充滿了未來感。那麼究竟這種獨特的外形是為了什麼？難道僅僅是為了美觀嗎？

減重？增加剛度？沒錯，但是不完全是正確答案

有的朋友可能會下意識地說：製造出來這樣的結構其實就是為了減重。畢竟這樣的結構相當於在完整的發動機外殼上“切除”了很多的材料，可以讓發動機更輕。

另外有的朋友還會說：這是為了加強發動機外殼的剛度，就好像我們會經常看到的加強筋一樣。只要有這樣的結構，發動機的外殼在受力的情況下才不會變形。

△加強筋結構在生活中隨處可見△

這些答案都對。因為隨著航空發動機的越來越輕，發動機上的零件也要求越做越薄，特別是像發動機外殼這樣的零件，我們稱之為“薄壁件”。但是重量變小了，問題卻來了：就好像我們手上拿一個易拉罐一樣，輕輕一捏易拉罐就變形了，所以必須要在發動機外殼上設計出來加強筋來防止外力讓這些薄壁件變形。

△易拉罐就是一種典型的薄壁件△

而通過在一塊完整的外殼上切割出來一個一個的凹槽（這個加工步驟準確叫“銑”），既可以降低發動機外殼的重量，又能夠一定程度上保證外殼的剛度，實在是一舉多得。

但是，除了減重、增加剛度之外，這種魚鱗結構還有另外很重要的功能。

魚鱗？它的名字其實叫“華夫”

剛度低確實是薄壁件的大問題，但是薄壁件在發動機裡面還有個更大的問題——“振動”。

簡單說，薄壁件因為本身的剛度不足，所以很容易發生振動，或者非常容易讓振動傳播到四面八方，而這些振動會引起其他零件的故障，所以如何防止薄壁件振動、防止振動能量在這些結構中傳播是一個老大難問題。

△薄壁件發生複雜的振動△

但是這個時候工程師們卻發現了一種神奇的結構可以防止振動能量的傳播，那就是“週期結構”。所謂的週期結構就是一個接著一個的相同的結構在空間/平面上排布，這種週期結構可以是一維的、二維的、三維的。

△週期結構△

而發動機外殼上的“魚鱗”也是一種週期結構，當振動在這些結構內傳播的時候並不會像在平板內傳播那樣容易，而是沒傳出去幾個格子就幾乎消耗殆盡了。這對於航空發動機可是幫了大忙了。

△振動能量在週期結構中的衰減△

但是這種結構並不是什麼新鮮玩意兒，而是早就被大量應用在建築領域——因為建築物同樣要防止諸如行人走動造成的振動傳播問題。而且在建築領域中，這種週期結構有自己的名字，可不是叫什麼“魚鱗”，而是叫“華夫結構”。之所以取這個名字，是因為這種結構實在是太像華夫餅了。

△建築中方格狀的華夫結構△

△建築中三角形的華夫結構△

△真的跟華夫餅一模一樣的△

當然了，航空發動機和建築上的華夫結構應該怎麼設計可是很講究的，格子的形狀是什麼樣的、應該有多深、尺寸有多大，等等，這些設計叫做“隔振設計”，是結構設計中非常重要、也是難度很高的一個方向。

總結一下

這種航空發動機外殼上，獨特的週期結構不僅僅是為了減重和增加剛度，更加重要的作用是限制發動機內振動的傳播，實現振動隔離。所以這種看似簡單、單調的結構實際上也包含了非常深刻的設計原理，並且因為這種獨特的華夫結構對於航空發動機幾乎是有百利而無一害，所以越來越多地出現在先進航空發動機中。