【簡介:】二戰(zhàn)后,隨著時間推移、技術(shù)更新,渦輪噴氣發(fā)動機顯得不足以滿足新型飛機的動力需求。尤其是二戰(zhàn)后快速發(fā)展的亞音速民航飛機和大型運輸機,飛行速度要求達到高亞音速即可,耗油量要
二戰(zhàn)后,隨著時間推移、技術(shù)更新,渦輪噴氣發(fā)動機顯得不足以滿足新型飛機的動力需求。尤其是二戰(zhàn)后快速發(fā)展的亞音速民航飛機和大型運輸機,飛行速度要求達到高亞音速即可,耗油量要小,因此發(fā)動機效率要很高。渦輪噴氣發(fā)動機的效率已經(jīng)無法滿足這種需求,使得上述機種的航程縮短。因此一段時期內(nèi)出現(xiàn)了較多的使用渦輪螺旋槳發(fā)動機的大型飛機。
實際上早在30年代起,帶有外涵道的噴氣發(fā)動機已經(jīng)出現(xiàn)了一些粗糙的早期設計。40和50年代,早期渦扇發(fā)動機開始了試驗。但由于對風扇葉片設計制造的要求非常高。因此直到60年代,人們才得以制造出符合渦扇發(fā)動機要求的風扇葉片,從而揭開了渦扇發(fā)動機實用化的階段。
50年代,美國的NACA(即NASA?美國航空航天管理局的前身)對渦扇發(fā)動機進行了非常重要的科研工作。55到56年研究成果轉(zhuǎn)由通用電氣公司(GE)繼續(xù)深入發(fā)展。GE在1957年成功推出了CJ805-23型渦扇發(fā)動機,立即打破了超音速噴氣發(fā)動機的大量紀錄。但最早的實用化的渦扇發(fā)動機則是普拉特?惠特尼(Pratt?&?Whitney)公司的JT3D渦扇發(fā)動機。實際上普?惠公司啟動渦扇研制項目要比GE晚,他們是在探聽到GE在研制CJ805的機密后,匆忙加緊工作,搶先推出了了實用的JT3D。
1960年,羅爾斯?羅伊斯公司的“康威”(Conway)渦扇發(fā)動機開始被波音707大型遠程噴氣客機采用,成為第一種被民航客機使用的渦扇發(fā)動機。60年代洛克西德“三星”客機和波音747“珍寶”客機采用了羅?羅公司的RB211-22B大型渦扇發(fā)動機,標志著渦扇發(fā)動機的全面成熟。此后渦輪噴氣發(fā)動機迅速的被西方民用航空工業(yè)拋棄。
波音707的軍用型號之一,KC-135加油機。不加力式渦扇發(fā)動機實際上較為容易辨認,其外部有一直徑很大的風扇外殼。
渦輪風扇噴氣發(fā)動機的原理
渦槳發(fā)動機的推力有限,同時影響飛機提高飛行速度。因此必需提高噴氣發(fā)動機的效率。發(fā)動機的效率包括熱效率和推進效率兩個部分。提高燃氣在渦輪前的溫度和壓氣機的增壓比,就可以提高熱效率。因為高溫、高密度的氣體包含的能量要大。但是,在飛行速度不變的條件下,提高渦輪前溫度,自然會使排氣速度加大。而流速快的氣體在排出時動能損失大。因此,片面的加大熱功率,即加大渦輪前溫度,會導致推進效率的下降。要全面提高發(fā)動機效率,必需解決熱效率和推進效率這一對矛盾。
渦輪風扇發(fā)動機的妙處,就在于既提高渦輪前溫度,又不增加排氣速度。渦扇發(fā)動機的結(jié)構(gòu),實際上就是渦輪噴氣發(fā)動機的前方再增加了幾級渦輪,這些渦輪帶動一定數(shù)量的風扇。風扇吸入的氣流一部分如普通噴氣發(fā)動機一樣,送進壓氣機(術(shù)語稱“內(nèi)涵道”),另一部分則直接從渦噴發(fā)動機殼外圍向外排出(“外涵道”)。因此,渦扇發(fā)動機的燃氣能量被分派到了風扇和燃燒室分別產(chǎn)生的兩種排氣氣流上。這時,為提高熱效率而提高渦輪前溫度,可以通過適當?shù)臏u輪結(jié)構(gòu)和增大風扇直徑,使更多的燃氣能量經(jīng)風扇傳遞到外涵道,從而避免大幅增加排氣速度。這樣,熱效率和推進效率取得了平衡,發(fā)動機的效率得到極大提高。效率高就意味著油耗低,飛機航程變得更遠。
渦輪風扇噴氣發(fā)動機的優(yōu)缺點
如前所述,渦扇發(fā)動機效率高,油耗低,飛機的航程就遠。
但渦扇發(fā)動機技術(shù)復雜,尤其是如何將風扇吸入的氣流正確的分配給外涵道和內(nèi)涵道,是極大的技術(shù)難題。因此只有少數(shù)國家能研制出渦輪風扇發(fā)動機,中國至今未有批量實用化的國產(chǎn)渦扇發(fā)動機。渦扇發(fā)動機價格相對高昂,不適于要求價格低廉的航空器使用。
飛機引擎的發(fā)動原理: 在空中飛行的飛機同樣承受阻力,因此飛機必須有推進系統(tǒng),否則阻力將使飛機愈來愈慢終至墜毀。飛機的推進系統(tǒng)常見的有往復式內(nèi)燃機和渦輪引擎二類?! ?、往復式內(nèi)燃機是最傳統(tǒng)的飛機動力源,萊特兄弟的第一架飛機就是采用四沖程的內(nèi)燃機。通常是使用螺旋槳把往復式內(nèi)燃機的輸出馬力轉(zhuǎn)變成推進力。渦輪引擎可分為 :渦輪噴射、渦輪扇噴射和渦輪軸引擎三大類。 往復式內(nèi)燃機和汽車、機車使用者的原理相同,除了模型飛機之外,絕少使用二沖程引擎者。四沖程引擎分為進氣、壓縮、爆炸、排氣四個沖程?! ?、渦輪引擎由前面吸入空氣,經(jīng)由壓縮器增壓之后,即將油與氣混合并於燃燒室引燃。燃燒后的高溫排氣流經(jīng)渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的力量,此力量經(jīng)過傳動軸去驅(qū)動壓縮器。此時排氣仍含有甚多熱能,即經(jīng)由噴嘴高速噴出,依反作用定律產(chǎn)生推力?! ∩仁絿娚涫前褖嚎s器或渦輪葉片延長成為類似較短的螺旋槳葉片。壓縮器葉片延長者叫作前扇式,渦輪葉片延長者叫作后扇式。