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航空发动机有多少种?

聚行业--战斗机 微信   作者: 航佳技术  2017-05-20 13:17

战斗机-全文略读:现代战斗机也大多采用涡扇发动机,只是,为了追求高空的超音速性能,使用低涵道比的发动机。美国F22猛禽战斗机使用的涡扇发动机,涵道比很低,只有0.3:1涡轮螺旋桨发动机涡轮螺旋桨喷气发动机,简称涡桨发动...

源自科普中国

自从出现以来,历史上到底有多少种航空发动机?基本原理又是怎样的?


星型发动机



星型发动机示意图,在其他更先进的航空发动机出现之前

大型飞机的发动机常采用星型设计


星型发动机属于活塞式发动机的一种
早在1903年,星型发动机就用在了飞机上



涡轮喷气发动机


涡轮喷气发动机简称涡喷发动机,其历史也很悠久
1937年,世界上第一个涡轮喷气发动机就开始运行了



从大的方面看,涡喷发动机由5个结构组成

  

空气从进气道进入发动机后,首先被高速运转的压气机压缩,产生高压致密空气以提供大量氧气,燃烧室喷油燃烧,向后冲击涡轮机,而涡轮机又带动前面的的压气机,燃气流从喷口喷出产生推力。


1970年,通用电气的J85-GE-17A涡喷发动机


前苏联在1960年研制的高空高速截击机米格-25


涡喷发动机使用范围很广,从低空低速到高空超音速飞机都有广泛应用。前苏联的战斗机米格-25高空超音速战机采用涡喷发动机,曾经创下3.3马赫的飞行记录,也创下了37250米的升限纪录。使用涡喷发动机的战斗机很适合在高空进行超音速飞行。



涡轮风扇发动机




涡轮风扇发动机简称涡扇发动机

  

很容易就能发现,涡扇发动机和涡喷发动机两者之间的区别。涡喷只有一个空气通道,专业上叫做“涵道”,而涡扇发动机却有两个空气通道。也就是说,涡喷发动机是单涵道发动机,而涡扇是双涵道发动机。




发动机在运转时,外涵道与内涵道空气流量的比值叫做涵道比

  

规律是,涵道比越大越省油,经济性越好,高涵道比的发动机在亚音速时有非常好的能效,所以它广泛地运用于客机、运输机等。




高涵道比的发动机,主要推力不是来自于向后喷出的高温燃气,而是来自于外涵道高速向后喷出的空气

  

现代战斗机也大多采用涡扇发动机,只是,为了追求高空的超音速性能,使用低涵道比的发动机。



美国F22猛禽战斗机使用的涡扇发动机,涵道比很低,只有0.3:1


涡轮螺旋桨发动机




涡轮螺旋桨喷气发动机,简称涡桨发动机

  

涡桨发动机的本质类似于涡喷发动机接上一个减速器,并带动外部的螺旋桨。




中国自行设计研制的水陆两栖飞机蛟龙-600,采用国产WJ-6涡桨发动机

  

目前,蛟龙-600是世界上最大的水陆两用飞机,于2016年7月23日总装下线。
  

涡桨发动机通常用在小型或低速的亚音速飞机上。但也有例外,俄罗斯的图-95战略轰炸蛟龙-600机使用的NK-12MV型涡桨发动机,让其达到925公里每小时的高速,接近音速。



俄罗斯的图-95战略轰炸机



每一个NK-12MV型涡桨发动机上有8个叶片,前后叶片采取同轴反转的模式


同轴反转示意图



桨扇发动机


涡桨发动机的燃油效率通常高于涡扇发动机,但它也不是尽善尽美,原因之一是,涡桨发动机上多了一个减速器,也就是变速齿轮。变速齿轮的存在一是增加了发动机重量,二是多少会带来一些功率上的损耗。
  

为此,有的国家研制一种不需要变速齿轮的发动机,它就是桨扇发动机。



安-70运输机上的D-27浆扇发动机

  

由于和涡轮之间没有减速器,桨扇的螺旋桨转速非常高,带来的优点是燃料效率进一步提高,而缺点是噪音大,难以运用于追求舒适性的客机上。目前,只有安-70运输机使用浆扇发动机。




“安-70”运输机由乌克兰与俄罗斯共同研制开发,于1994年12月6日首飞

  

“安-70”的发动机,其叶片为前置,还有另一种桨扇发动机,其叶片为后置,这就是通用电气早些年进行实验的发动机GE36。



GE36桨扇发动机



GE36桨扇发动机示意图



实验中的GE36,表现出了非常低的燃料消耗,但同样还是因为噪音大的问题,它没有被使用在任何飞机上


涡轮轴发动机
  

涡轮轴发动机简称涡轴发动机,顾名思义,它是通过“轴”来传输动力。直升机、坦克、船舶上都有使用。


涡轴发动机并非如此简单,但您可以借此理解其本质



ch-47支奴干直升机上的涡轴发动机



冲压发动机
  

无论是上文提到的涡喷还是涡扇发动机,它们的前部都有一个“压气机”,这可是个大块头,要是能把它去掉就太好了。问题是,没有了压气机,怎么压缩空气?
  

飞行器飞得越快,迎面而来的空气就越快,当快到几倍音速时,空气自然就得到了压缩。高压空气进入燃烧室,混入燃油,剧烈燃烧并向后高速喷出以得到动力。这就是冲压发动机的原理。



图中的(a)代表传统的涡喷发动机,其结构很复杂
而(b)代表冲压发动机;(c)表示超燃冲压发动机

  

冲压发动机一般用在导弹和目前还在试验阶段的高超音速飞行器上。
  

航空发动机的发展已有100多年的历程,相比欧美国家,我国的起步较晚,不过,即使是这样,我国也取得了很大的成就。迄今为止,全世界能够研发航空发动机的也只有美国、俄罗斯、英国、法国和中国等少数几个国家。
  

航空发动机被誉为国之重器,正如所见,我国对航空发动机越来越重视,整合力度也在不断加大。未来,我国的航空发动机必将走入世界第一流的行列。


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