热门 涡轮风扇发动机原理 扇发动机是喷气发动 机的一个分支 ,从血 缘关系上来说涡 扇发动机应该 算得上是涡喷 发动机的小弟 弟.从 结构上看 ,涡扇发动机 仅仅是在涡 喷发动机之前(之 后)加装了风扇而 已.然而 正是这区区的 几页风扇把涡 喷发动机与涡 扇发动机严格 的区分开来 .涡扇发动 机这个小弟弟仗 着自已身上的 几页风扇也青 出于蓝.现代的军用战 斗机要求越来 越高的机动性 能,较高 的推重比能赋 予战斗机很高 的垂直机动能 力和优异的水 平加速性能 .而且在战 时,如果 本方机场遭到 了对方破坏 ,战斗机还 可以利用大推 力来减少飞机 的...
热门 涡轮风扇发动机原理 扇发动机是喷气发动 机的一个分支 ,从血 缘关系上来说涡 扇发动机应该 算得上是涡喷 发动机的小弟 弟.从 结构上看 ,涡扇发动机 只不过是在涡 喷发动机之前(之 后)加装了风扇而 已.然而 正是这区区的 几页风扇把涡 喷发动机与涡 扇发动机严格 的区分开来 .涡扇发动 机这个小弟弟仗 着自已身上的 几页风扇也青 出于蓝.现代的军用战 斗机要求越来 越高的机动性 能,较高 的推重比能赋 予战斗机很高 的垂直机动能 力和优异的水 平加速性能 .而且在战 时,如果 本方机场遭到 了对方破坏 ,战斗机还 可以利用大推 力来减少飞机 的起飞着陆距 离.比如 装备了 f-100-pw-100 的 f-15a当已方机机的跑道遭到 部分破坏时 ,f-15 可以开全加 力以不到 300 米的起飞滑跑距离 起飞.在 降落时可以用 60 度的迎角 作低速平飞 ,在不用减 速伞和反推力 的情况下 ,只要 500 米的跑道就可以安全 降落.更 高的推重比是 每一个战斗机 飞行员所梦寐 以求的.但战斗机的推 重比在很大和 度上是受发动 机所限--如果飞机 发动机的推重 比小于 6 一级的话 ,其飞机的 空战推重比就 很难达到 1,如果强行进步飞机的推重比的话 所设计的飞机 将在航程、武 器挂载、机体 强度上付出相 当大的代价 .比如前苏 联设计的苏-11 战斗机使用 了推重比为 4.085 的 ал-7ф-1-100 涡喷发动机.为了使飞机 的推重比达到 1 ,苏-11 的动力装置重量占了 飞机起飞重量 的 26.1%.相应 的代价是飞机 的作战半径只 有 300 公里左右.而在民用 客机、运输机 和军用的轰炸 机、运输机方 面.随着 新材料的运用 飞机的机身结 构作的越来越 大,起飞 重量也就越来 越大,对 发动机的推力 要求也越来越 高.在高 函道比大推力 的涡扇发动机 出现之前 ,人们只能采 用让大型飞机 挂更多的发动 机的方法来解 决 发动机的推力不足问 题.比 如 b-52g 轰炸机的翼下就挂了八台 j-57-p-43w 涡喷发动机.该发动 机的单台最大 起飞推力仅为 6237 公斤(喷水).如果 b-52 晚几年出生的话 它完全可以不 挂那么多的发 动机.在 现在如果不考 虑动力系统的 可靠性,像 b-52 之类的飞机只装一台发动机 也未尝不可 .而涡扇发 动机的诞生就 是为了顺应人 们对航空发动 机慢慢的升高的 推力要求而诞 生的.因 为进步喷气发 动机的推力最简单的办 法就是进步发 动机的空气流 量.一、 什么丰胸精油 好历史在五十 年代未、六十 年代初 ,作为航空动力 的涡喷发动机 以经相当的成 熟.当 时的涡喷发动机 的压气机总增 压比以经可以 达到 14 左右,而涡 轮前的最高温 度也以经达到 了 1000 度的水平.在这样的条件 下,涡喷 发动机进行部 分的能量输出 以经有了可能 .而当时 对发动机的推 力要求又是那 样的迫切 ,人们很自然 的想到了通过 给涡喷发动机 加装风扇以进 步迎风面积增 大空气流量进 而提高发动机 的推力.当时人们通过 计算发现 ,以当时的涡 喷发动的技术 水平,在 涡喷发动机加 装了风扇变成 了涡扇 发动机之后,其技术性能将 有很大的提高 .当涡扇 发动机的风扇 空飞流量与核 心发动机的空 气流量大至相 当时(函道比 1:1),发动机的 地面起飞推力 增大了面分之 四十左右 ,而高空巡航 时的耗油量却 下降了百分之 十五,发 动机的效率得 到了极大的提 高.这样 的一种有着涡 喷发动机无法 比及的优点的 新型航空动力 理所当然的得 到了西方各强 国的极大重视 .各国都 投入了极大的 人力、物力和 热情来研究试制涡扇发动机 ,在涡扇 发动机最初研 制的道路上英国 人走在了美国 人之前 .英国的罗尔 斯罗伊 斯公司从一九 四八年就开始 就投入了相当 的精力来研制 他们的康维涡扇发 动机.在一九五三年的 时候康维进行了 第一次的地面 试车.又 经过了六年的 精雕细刻 ,一九五九 年玄月康维 m k-508才最终定型.这个经过 十一年孕妇的 难产儿有着当 时涡喷发动机 难以看其项背 的综合性能 .康维采用了 双转子前风扇 的总体结构 ,函道比为 0 .3 推重比为 3.83 地面台架最大 推力为 7945 公斤,高空巡航推 力为 2905 公斤,最大推力时的耗 油量为 0.735 千克/小时/千克,压气机 总增压比为 14,风扇总增 压比为 1.90,而且英 国人还在康维上 首次采用了气 冷的涡轮叶片 .当康维 最终定型了之 后,英国 人迫不及待的 把他装在了 vc-10 上!美国人在涡扇发动机 的研发上比英 国人慢了一拍 ,但是其 技术起点非常 的高.美 国人并没有走 英国人从头研 制的老路 ,美国的普 惠公司利 用自已在涡喷 发动机上的丰 富的技术储备 ,采用了 以经非常成熟 的 j-57 作为新涡扇发动 的内函核心发动机.j-57 是美国人 从 1947 年就开始设计的一种涡喷发动 机,1949 年完成设计,1953 年正式投产.j57 在投产阶 段共生产了台 是世界上产量 最大的三种涡 喷发动机之一 ,先后装 备了 f-100、丰胸精油什么牌 子好 f-101、f-102、b-52 等机种.j-57 在技术上也有所突破,他 是世界上第一 台采用双转子 结构的喷气发 动机,由 单转子到双转 子是喷气发动 机技术上的一 大进步.不光是核心发 动机,就 连风扇普惠公 司也都是采用 的以经相当成 熟的部件 ,以被撤消了 型号的 j91 核动力喷 气发动机的长 叶片被普惠公 司拿来当作新 涡扇的风扇 .一九六零 年七月,普惠公司的 jt3d 涡扇发动机诞生了.jt3d 的最终定型时间比罗 罗的康维只晚了 几个月 ,可是在性能 上却是大大的 提高.jt3d 也是采用了双轴前风扇的 设计,地 面台架最大推 力 8165 公斤,高空巡航推力 2038 公斤,最大推力耗 油 0.535 千克/小时/千克,推重 比 4.22,函道比 1.37,压气 机总增压比 13.55,风扇总 增压比 1.74(以上数据为 jt3d-3b 型发动机的数据).jt3d 的用处很广,波音 707、dc-8 用的都是jt3d.不光在民用,在 军用方面 jt3d 也大显身手 ,b-52h、c-141a、e-3a用的都是 jt-3d 的军用型 tf-33.现今世界的三大航 空动力巨子中 的罗罗 、普惠 ,都以先 后推出了自已 的第一代涡扇 作品.而 几乎是在同一 时刻,三 巨头中的令一 个也推出了自 已的第一代涡 扇发动机 .在罗罗推出康维之后 第八个月、普 惠推出 jt-3d 的前一个月.通用 动力公司也定 型了自已的第 一代涡扇发动 机 cj805-23.cl805-23 的地面台架最大推力为 7169 公斤,推重比为 4.15,函 道比为 1.5,压 气机增压比为 13,风 扇增压比为 1.6 ,最大推力耗 油 0.558 千克/小时/千克.与普 惠一样 ,通用 动力公司也是在现有 的涡喷发动机 的基础之上研 发自已的涡扇 发动机,被用作新涡扇 的内函核心发 动机的是 j79.j-79 与 1952 年开始设计,与 1956 年投产,共生产了多台 ,他与 j-57 一样也是 有史以来产量 最高的三种涡 喷发动机之一 .与 j57 的双转子结构不不同 ,j79 是单转子结 构.在 j-79 上首次采用了压气 机可调整流叶 片和加力全程可 调喷管 ,j-79 也是首次可用于 两倍音速飞行 的航空发动机.通用动 力公司的 c j805-23 涡扇发动机是涡扇发动机的中一个决 对另类的产品 ,让 c j805-23 如此与众不同的地方就在于他的风 扇位置.他是唯一采用 后风扇设计的 涡扇发动机 .在五六十 年代,人们在设计第 一代涡扇发动机 的时候遇到了 很大的困难 .首先是 由于大直径的 风扇与相对小直 径的低压压气 机联动以后风 扇叶片的翼尖 部分的线速度 超过了音速 ,这样的一个问题 在当时很难解 决,因 为没有可利用的 公式来进行运 算人们只能用 一次又一次的 试验来发现、 处理问题 .第二是由于 在压气机之前 多了风扇使得 压气机的工作 被风扇所干拢 .第三是 细长的风扇叶 片高速转动 所引起的振动 .而通用动力 公司的后风扇 设计一下子完全 避开了这三个 最主要的困难 .c j805-23 的后风扇其实就是一个双节的叶片 ,叶片的下 半部分是涡轮 叶片,上 半部分是风扇 叶片.这 样的一个叶片 就像涡轴发动 的自由涡轮一 样被放在内函 核心发动机的 尾部.叶 片与核心发动 机的转子没有 丝毫的机械联 系,这样 人们就可以随 心所欲的来设 计风扇的转速 ,而且叶 片的后置也不 会对压气机产 生不良影响.但在 回避困难的同 时也引发了新 的问题.首先是叶片的 受热不匀 ,cj805-23 的后风扇叶片的涡轮部分在工 作时的最高温 度达到了 560 度,而风扇部 分的最低温度 只有 38 度.其次 ,由于后风 扇不像前风扇 那样工作在发 动机的冷端 ,而是工作 在发动机的热 端,这样 一来风扇的可 靠性也随之下 降,而飞 机对其动力的 要求最重要的 一条就是万无 一失.而 且风扇后置的 设计使得发动 机的由于外形 上的原因其飞 行阻力也要大 于风扇前置的 发动机.当康维、jt-3d、cj805-23 这些涡扇发动机纷纷定型下线的 时候,人 们也在不断的 反思在涡扇发 动机研制过程 .人们发 现,如 果一台涡扇发动机如 果真的像康维那 样从一张白纸 上开始试制则 最少要用十年 左右的时间新 发动机才能定 型投产.而如果像 jt-3d 或 cj805-23 那样利用以有的一台涡喷发 动机作为内函 发动机来研制 涡扇发动机的 话,因为 发动机在技术 上最难解决的 部分都以得到 了解决,所以无论从时 间上还是金钱 、人力、物力 上都要节省很 多.在这 样的背景之下 ,为了缩 短新涡扇的研 制时间、减少 开发费用.美国政府 在还末对未来 的航空动力有 十分明确的要求 的情况下 ,从一九五 九年起开始执 行先进涡轮燃气 发生器计划 ,这个计划 的目地就是要利 用最最新的科 研成果来试制 一种燃气核心 机,并进 行地面试车 ,以暴露 解决各部分的 问题.在 这个燃气核心 机的其础之上 进行放大或缩 小,再加 装其它的部件 ,如压气 机、风扇等等 就可以组装成 不一样的航 空涡轮发动机 .如涡扇 、涡喷、涡轴 、涡桨等等 .先进涡轮燃 气发生器计划 其实就是一个 有相当前瞻意 味的预研工程 .用今天 的眼光来看 ,这个工程 的指导方向无 疑是正确的 .美国的政 府其实就是在 激励本国的两 大动力公 司向航空动力系统中 最难的部分开 刀.因 为在燃气涡轮发 动机中最最严 重的技术难点 就产生在这个 以燃气发生器 和燃气涡轮为 主体的燃气核 心机上.在每一台以高 温燃气来驱动 燃气涡轮为动 力的发动机上 ,由燃气 发生器和燃气 涡轮所组成的 燃气核心机的 工作地点将是 这台发动的最 高温度、最大 压力的所在地 .所以其 承受的应力也 就最大,工作条件也最 为苛刻.但燃气核心机 的困难不只是 压力和温度,高转 数所带来的巨 大的离心力、 飞机在加速时的 巨大冲击 ,如果是战 斗机还要考虑 到当飞机进行 机动时所产生的 过载和因过载 以引起的零部 件变形 .在为数众多的 困难中单拿出 无论哪一个都 将是一个工程 上的巨大难题 .但如果 这样一些问题不被 解决掉那么更 先进的喷气发 动机也就无从 谈起.在 这个计划之下 ,普惠 公司与通用动 力公司都很快的 推出了各自研 发的燃气核心 机.普 惠公司的核心机 被称作 stf-200 而通用动力公司 的燃气核心机 为 ge-1.时至今日 美国人在四十 年前发起的这 场预研还在发 挥着他的作用 ,现如今 普惠公司和通 用动力公司出 品的各式航空 发 动机如果真的都求其 根源都话 ,它们却都 是来自于 stf-200 与 ge-1 这两个老祖宗 .二、单转子 和多转子在研 制一台新的涡 扇发动机的时 候,最先 解决的问题是 他的总体结构 问题.总 体结构的问题 说明白一些就 是发动机的转 子数目多少 .目前涡扇 发动机所采用 的总体结构无 非是三种 ,一是单转子 、二是双子、 三是三转子 .其中单转 子的结构最为 简单,整 个发动机只有 一根轴,风扇、压气机 、涡轮全都在这一根轴上 .结构相对比较简单 的好处也不言 自明--省钱!一方面的节省 就总要在另一 方而复出相应 的代价.首先从理论上 来说单转子结 构的涡扇发动 机的压气机可 以作成任意多 的级数以期达 到一定的增压 比.可是 因为单转子的 结构限制使其 风扇、低压压 气机、高压压 气机、低压涡 轮、高压涡轮 必须都安装在 同一根主轴之 上,这样 在工作时他们 就必须要保持 相同的转速 .问题也就 相对而出 ,当单转子的 发动机在工作 时其转数突然 下降时(比如猛收 小油门),压气机的高压 部分就会因为 得不到足够的 转数而效率严 重下降,在高压部分的 效率下降的同 时,压气 机低压部分的 载荷 就会急剧上升 ,当低压压气 机部分超载运 行时就会引起发 动机的振喘 ,而在正 常的飞行当中 ,发动机 的振喘是决对 不被答应的 ,因为在正 常的飞行中发 动机一但发生 振喘飞机十有*就会掉 下来.未解决低压 部分在工作中的 过载只好在压 气机前加装导 流叶片和在压 气机的中间级 上进行放气 ,即空放掉 一部分以经被 增压的空气来 减少压气机低 压部分的载荷 .但这样 以来发动机的 效率就会大打 折扣,而且这种放掉增压气 的作法在高增 压比的压气机 上的作用也不 是十分的明显 .更要命 的问题发生在 风扇上 ,由于风扇必须 和压气机同步 ,受压 气机的高转数 所限单转子涡扇 发动机只能选 用比较小的函 道比.比如在幻影-2000 上用的 m-53 单转子涡扇发动机,其函道只有 0.3 .相应的发动 机的推重比也 比较小,只有 5.8.为了 提高压气机的 工作效...
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