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大推力军用涡扇发动机,三国能造:美国、俄罗斯和中国

发布者: 黑王子 | 发布时间: 2020-3-4 15:57| 查看数: 482| 评论数: 0|帖子模式

实际上,由于在所有级别的航发领域全面发展,中国已经是世界航空发动机强国了,我们只是在少数的一定领域与最先进国家有差距。而其他的航发最先进国家,也只是一两个单项领域领先。其实中国现在就能制造国际一流的航空发动机,例如国产涡扇-10和改进型涡扇-10B发动机。很多公众都不知道,中国是继美国和俄罗斯之后,世界第三个拥有自主知识产权的先进大推力小涵道比军用涡轮风扇发动机的国家。
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涵道比在讨论发动机的时候,这个名词可能被经常听到,而所谓的涵道比,也被称为旁通比,所反映的正是涡扇发动机外涵道和内涵道空气流量的比值。
通常来说,如今的涡扇发动机内部的燃烧室,是通过流入的空气和燃料混合后,燃烧做功并对外输出的,而空气是从内涵道流入,相对应的外涵道空气并不进入发动机,而是和燃烧后剩余的燃气混合后派出,换句话说,外涵道就相当于一个大风扇,帮助排放废气。
由于内涵道进速快,温度高,但混合了温度低流速慢的外涵道空气后,喷嘴对外喷气变得缓慢,降低了平均流速和温度,这样能为飞机带来更加低的噪音和更好的推进效率。所以说,充分利用内涵道和外涵道的比值,能够使得涡扇发动机在同等耗油量的情况下,得到相比原先更高的推进动力。



所以依据涵道比高低,涡扇发动机一般分为高涵道比发动机和低涵道比发动机。先说高涵道比的发动机,外涵道一般较短是它的特性,所以大部分推进动力都来自于外涵道空气所带来的风扇加速。另外需要注意的是,高涵道比发动机的内涵道尾气并不直接汇入外涵道,和冷气流混合,反而是从喷嘴单独排出,这么做的好处就是能够在亚音速飞行阶段取得最佳的能效,所以最常使用这种发动机构造的便是亚音速飞行的客机,其次是运输机和战略轰炸机。



当然,更多的军机为了追求速度快,以寻求超音速飞行,就需要换装低涵道比的发动机了。低涵道比发动机所提供的绝大部分动力来自于内涵道喷出的灼热高速尾气,通常情况下低涵道比发动机会配合使用混合喷嘴,内涵道的空气和外涵道充分混合后再行排出。混合喷嘴可以变形、调整姿势,以获得不同方向和不同大小的推力,矢量发动机便应运而生。另外,低涵道比发动机的尾气经过外涵道气流降温之后,能够显著降低发动机的红外特征,增加隐蔽性。



还有的低涵道比发动机加装了额外的加力燃烧室,可以获得更大的推力。具体的原理是加力燃烧室能够向发动机喷出的气流中注射燃料,在温度极高的气流中燃料能够瞬间燃烧,膨胀产生的气流能够为战机提供额外推力。一般来讲,喷气发动机的涡轮前温度越高,发动机的推力就越大,但是由于涡轮工作环境的原因,它既要承受极高的温度又要承受巨大的推力,因此,由于涡轮的材料的限制,一般涡轮前温度只能达到1400度,但是这样依然不能满足军用发动机推力的需求,于是就在涡轮后再加装加力燃烧室(也被称为后燃室)重新燃烧来增加推力。



后燃器内没有旋转部件,所以温度可以达到1800度左右,可以让发动机推力再瞬间提高1.5倍。由于燃料效率太低,所以很少有民用飞机采用加力燃烧室。采用后燃器的民用飞机只有协和号及图-144超音速客机;唯一可以在开启时达到最佳燃料效率的是SR-71“黑鸟”侦查机,但其携带的燃料也只能够加力燃烧室使用数分钟。
在最顶尖的小涵道比军用大推力涡扇发动机领域,中国与美国还有20年的差距。2006年,美国推重比10的F135发动机开始装机测试。这一年,中国推重比8的太行涡扇10发动机正式定型。与太行性能相仿的美国F110发动机于1985年定型,这说明中国和美国的推重比8的先进大推力航空发动机的差距为20年。
小涵道比军用大推力涡扇发动机,也是其他民用大涵道比涡扇航发的基础。我们以太行发动机为基础,自行研制了军民两用的涡扇-20大涵道比涡扇发动机,未来将配装于运-20战略运输机。还在研制以C-919民用飞机为装机对象的长江-1000A发动机,并计划在国内生产具有世界超一流水平的LEAP-X发动机。中国已经在研下一代推力200~400千牛的多款先进大涵道比发动机。这些都表明,中国大涵道比发动机的井喷时代即将来临。



有人说航发特别高大上,是工业皇冠上的钻石,没错,是钻石,当我们不会造的时候,航空发动机就是皇冠钻石。等中国人会造了,这玩意就是大白菜,钻石不就是高压锅压出来的木炭么?怎么就高不可攀了呢?

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