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涡扇15还未上天 美国下一代发动机即将|电视剧隋唐英雄

作者:成都金海力科技有限公司 来源:www.scjinhaili.com 未知发布时间:2015-09-29 11:24:53
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原标题:涡扇15还未上天,美国下一代发动机即将试车

一:F119发动机与涡扇15工作07732e7619c7f88963b61b8e7879e615单一,耗油率高

F22在进行1.4到1.6倍音速飞行时,拥有非常优良的持续飞行能力和航程;因为它不需要打开加力燃烧室,不受加力的高温(a8effa3d758e13e2362dacfbd709d8db带来时7481b35a6d18a69b5fbc942bbe8d3fc5制)和极高的耗油率带来的负面影响。特别大的音速航程,能使战斗机在空战中获得常大的性能优势。这也为什么第四代战斗机的高速性能,着重强调超速巡航能,而e9c59d3699670a0d21e6d44c5da3ea2c最大极限速度。

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图:F22的性能优化针对高速阻力和机动性,但航程效率不好。

但在只能通过音速飞行来获得的最大航程上,F22的表现很差,带满副油箱也飞不到3000公里——作为重型战斗机,它带的燃油可不少。F22航程缺陷的键之一,在于F119发动机相较于上一代产品,比如F100、F110(装备于F15、F16),在基本结构和原上出现大的改变;发动机的工作模式很单一,能顾及高速推力,就照顾不了低速时的燃油消耗优化。

F119的106eeb6cc6562009e06a9ca6ce3cd8dc题,同样将困扰我国的涡扇15发动机。根据公开资料的披露,我国涡扇15发动机在基本设计的取向上接近于F119;这样做虽然面临耗油率等方面的问题,但技术风险相对比较低。考虑到太行发动机的一贯表现,我国在涡扇15上的保守是非常明智的。

二:发动机在高速状态下没有办法省油

根据动量守恒定律,喷气发动机要增加推力,就要使喷出去的气流在动量(质量 x 速度)上增加。但从消耗能量的角度上来说,推力同样增大到原来的十倍,增大喷流质量的发动机只要烧原来十倍的油;而增大喷流速度的发动机,那就要烧到原来的一百倍。

所以在亚音速的客机发动机上,我们能看到它的发动机特别粗大。这是它们在设计时,就从燃烧过程中抽出很大的功率用来驱动前面的大径风扇和压气机,压入更多的空气参与到喷流里。燃油的能量尽可能少的浪费在喷流温度与速度增加上,而都用在喷流的质量最大化上;有效实现了少烧油、多增推的效果。

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:施奈克玛和GE公司推出CFM56-7B大涵道比发动机科普动画,色代表低温气流,橘红色代表温燃气。空气在进入最端的大风扇以后,为两路,中央的26aa7df14b89c9c7c9fd286d26a9a25e路进入内涵道的燃烧室参与燃c78becf7340e94ab7808c7c9e2f62cb7fc3a60243ecc77425d70231f03755;而外侧的则流过外涵道。

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图:可以看到外涵道的比例非常大,该发动机吸入的80%空气都是从外涵道流过的。100%的发动机喷流,只有20%需要烧油,这就是客机发动机省油的秘诀。

这就是为什么相同技术水平下,克劳德霍普金斯,涡轮风扇发动机比涡轮喷气发动机省油,而且推力大,但是高速性能却不如涡喷好的原因。涡扇发动机其实就是在涡喷发动机这个核心的内涵道外面,再套上一层用风扇往里面压气的外涵道。客机发动机的外形,就是把外涵道扩大到畸形比例的结果。

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图:F119发动机e58671227aa4247b094f65c07152e8c082924bbee0721635df0a125980a9c3784e002e6648dedd74074a45d7f1面,可以看到它燃烧室外侧的外涵道非常小,基本和涡喷没区别了

而在超音速飞行时,发动机必须尽可能提高喷流的速度——不然喷流速度和飞机速度都差不多了,发动机进气和排气上的动量差距都拉不开了,那还推个什么劲。因此发动机只能尽量提高燃烧温度、把燃烧的能量尽可能全部传递给质量最少的喷流;因此F119采用了低压缩比、低涵道比、高涡轮前温度等设计,说是涡扇发动机,其实更近涡喷发动机。

三:美国新一代发动机具备多种工作模式,能兼顾高低速油耗

要让发动机既具有高速时的大推力,又能兼顾低速时的燃油消耗;那就只有一个办法,让发动机具备变循环的工作特性;低速时多吸入空气,靠加大喷流质量来提高推力;高速时少吸入空气,靠喷流速度来增加推力。F22在制时曾经有两a6a6348f2de403ef2d7c5bf29b9acac4发动机竞争备选,GE公司的F120发动机就采用了变循环设计;但美国空军被F100发动机当年故障频发,导致F15群体趴窝的经历吓得不轻,最终以技术不成熟、风险过大而拒绝了F120。

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图:GE公司在宣传动画中公布的外形

美国GE公司推出的最新一代发动机,在F120发动机的基础上又出现了几个方面的重要变化。最重要的变化来自于它除了传统的内外涵道以外,又加入了一个第三涵道。这个涵道的气流,来自于飞机内部的热循环空气;空气在冷却了雷达等电子设、以及包括武2b013a33581b085731998d0fe8488fa3发射给飞机的热量在内的机身结构热量以后,被吸入发动机参与工作。

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图:GE公司宣传动画,注意发动机的好几层壳子组成了三个涵道,最外面的一个涵道,就是吸入机身废热空气的第三涵道

这个设计堪称一举三得:首先优化了飞机的散热,提升了飞机的可靠性,减低了故障率;其次更有利于抑制飞机的红外热信号,强化了隐身性能;最后这些大量的废热,又能转化为发动机喷流的温度和速度,实现了推力的增加。可以说这个设计,是发动机与飞机设计系统化、一化上的重大突破。

其次它采用了大量的高新技术,比如陶瓷基复合材料,能够承受的最大温度比传统金属材料出现了巨大的提升。这些材料和工艺上的进步,使它的各种部件比F119和F120更轻、而且工作效率更高。目前GE公司宣称,这款新发动机,能够实现推力增加10%、耗油率降低25%、使飞机航程增加30%的性能提升。

结语:我国对于变循环发动机已经展开探索工作

虽然我国目前的主要精力还放在涡扇10太行发动机的成熟优化,以及涡扇15的工程研制上;但是对于变循环发动机,也已经进入了先期的探索研究阶段。在2012年的珠海航展上,中航发动机副总裁张健向外界透露,中国已经在研究国产变循环发动机,有着相应的计划来研究未来先进发动机。


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