航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展史

時(shí)間：2017-10-23 20:31來源：超天才網(wǎng) 作者：中國航空

2、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)

渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理大致上與使用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力來源的傳統(tǒng)螺旋槳飛機(jī)雷同，是以螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的力量來作為飛機(jī)前進(jìn)的推進(jìn)力。燃?xì)怛?qū)動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)并發(fā)出一定功率，動(dòng)力渦輪的前軸穿過核心機(jī)轉(zhuǎn)子，通過壓氣機(jī)前的減速器驅(qū)動(dòng)螺旋槳。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳拉力占飛機(jī)推力的90％，排氣推力不超過10％。

1942年，英國開始研制世界上第一臺(tái)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)曼巴。該機(jī)裝在海軍“塘鵝”艦載反潛飛機(jī)上。以后，英國、美國和前蘇聯(lián)陸續(xù)研制出多種渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，如達(dá)特、T56、AI-20和AI-24。這些渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率低，起飛推力大，裝備了一些重要的運(yùn)輸機(jī)和轟炸機(jī)。美國在1956年服役的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)T56/501，裝于C-130運(yùn)輸機(jī)、P3-C偵察機(jī)和E-2C預(yù)警機(jī)。它的功率范圍為2580～4414 kW，有多個(gè)軍民用系列，出口到50多個(gè)國家和地區(qū)，是世界上生產(chǎn)數(shù)量最多的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)之一，至今還在生產(chǎn)。前蘇聯(lián)的HK-12M的最大功率達(dá)11000kW，用于圖-20"熊"式轟炸機(jī)、安-22軍用運(yùn)輸機(jī)和圖-114民用運(yùn)輸機(jī)。終因螺旋槳在吸收功率、尺寸和飛行速度方面的限制，在大型飛機(jī)上渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)逐步被渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)所取代，但在中小型運(yùn)輸機(jī)和通用飛機(jī)上仍有一席之地。

渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)非常適合在亞音速和環(huán)境惡劣下使用，其實(shí)運(yùn)輸機(jī)用渦扇也是亞音速，速度差不多的，但渦扇對(duì)跑到要求嚴(yán)格些，但渦扇推重比可以做的越來越大，螺旋槳不行。

螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)如下：

其一是低空性能好，螺旋槳的性能會(huì)隨高度增加而快速衰減，但是在低空時(shí)，空氣密度大，螺旋槳工作效率高，因而對(duì)提高飛機(jī)起降能力有很大幫助，對(duì)于強(qiáng)調(diào)短距起降的C130戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸機(jī)來說，這是個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。

其二是機(jī)場(chǎng)適應(yīng)性好。由于螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)沒有巨大的進(jìn)氣道，對(duì)跑道上的雜物不敏感，因而在野戰(zhàn)機(jī)場(chǎng)甚至平坦空地起降時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)吸入異物損壞。

其三是短途飛行經(jīng)濟(jì)性好。這一點(diǎn)也部分來自第一條，即螺旋槳?jiǎng)恿Φ涂招阅軆?yōu)秀，飛機(jī)在爬升階段油耗低，因而在中短途飛行時(shí)總油耗比較低，但是航程大到一定程度，由于高空巡航時(shí)螺旋槳效率大幅度減低，經(jīng)濟(jì)性又不突出了。目前看法是螺旋槳?jiǎng)恿υ?000公里以內(nèi)航程時(shí)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)明顯，1500公里航程后基本持平，航程大于2500公里后，渦扇經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于螺旋槳?jiǎng)恿Γ鳦130作為一種中短程戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸機(jī)，航程要求不是太高，螺旋槳?jiǎng)恿︔^為合適，對(duì)于那些對(duì)航程要求比較大的運(yùn)輸機(jī)來說，則基本都選擇渦扇了，比如C5、C17。

其四是螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反推簡(jiǎn)單。通過調(diào)整槳葉角度實(shí)現(xiàn)反漿反推，可以大幅度縮短降落跑道長(zhǎng)度，這對(duì)前線運(yùn)輸機(jī)來說也是很重要的，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的反推效率沒螺旋槳高，實(shí)現(xiàn)起來難度也大一些。

雖然，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率通常要高于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，但是，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)也有自身的缺點(diǎn)，使用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)速度跟使用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)比起來要低。

其原因有兩點(diǎn)：

一是，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的葉片比較大，這帶來的后果是，轉(zhuǎn)速不能太快。這是由于相同轉(zhuǎn)速下，葉片越長(zhǎng)，葉尖的速度就越大。如果不限制轉(zhuǎn)速，當(dāng)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片接近音速時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致音障的發(fā)生，產(chǎn)生的激波降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。也正因此，絕大部分渦槳飛機(jī)的最佳速度通常在700km/h，但一些發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)新穎的飛機(jī)除外，比如俄羅斯的圖-95和圖-142重型飛機(jī)�？梢越咏羲亠w行，大約926km/h.

二是，因?yàn)闇u輪轉(zhuǎn)速很快，如果比較大的螺旋槳直接按照這個(gè)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，估計(jì)會(huì)崩潰，所以渦輪與螺槳之間需要有一個(gè)變速齒輪，以此降低螺槳轉(zhuǎn)速，使其葉端不超過音速。這個(gè)變速齒輪增加了整體發(fā)動(dòng)的重量，多少會(huì)帶來一些功率上的損耗。

3、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)

渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)理念是把渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺槳包入機(jī)匣內(nèi)的，防止在螺槳翼尖處產(chǎn)生聲障的一種設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展從民用發(fā)動(dòng)機(jī)開始的。世界上第一臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是1959年定型的英國康維，推力為5730daN，用于VC-10、DC-8和波音707客機(jī)。涵道比有0.3和0.6兩種，耗油率比同時(shí)期的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)低10%~20%。1960年，美國在JT3C渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上改型研制成功JT3D渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，推力超過7700daN，涵道比1.4，用于波音707和DC-8客機(jī)以及軍用運(yùn)輸機(jī)。