渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī))
渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)全稱為渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（Turbofan）是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的一種，由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（Turbojet）發(fā)展而成。 與渦輪噴氣比較，主要特點(diǎn)是首級(jí)壓縮機(jī)的面積大很多，同時(shí)被用作為空氣螺旋槳（扇），將部分吸入的空氣通過噴射引擎的外圍向後推。發(fā)動(dòng)機(jī)核心部分空氣經(jīng)過的部分稱為內(nèi)涵道，僅有風(fēng)扇空氣經(jīng)過的核心機(jī)外側(cè)部分稱為外涵道。渦扇引擎最適合飛行速度400至1,000公里時(shí)使用，因此現(xiàn)在多數(shù)的飛機(jī)引擎都采用渦扇作為動(dòng)力來源。
渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣速度太低推力有限，同時(shí)影響飛機(jī)提高飛行速度。因此必需提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。發(fā)動(dòng)機(jī)的效率包括熱效率和推進(jìn)效率（引擎排氣速度與飛行速度之比）兩個(gè)部分。提高燃?xì)庠跍u輪前的溫度和高壓壓氣機(jī)的增壓比（轉(zhuǎn)速），就可以提高熱效率。因?yàn)楦邷亍⒏呙芏鹊臍怏w包含的能量要大。但是，在飛行速度不變的前提下，提高渦輪前溫度，意味著提高渦輪葉片以及在同一根軸上的壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，自然會(huì)使排氣速度加大。而流速快的氣體在排出時(shí)動(dòng)能損失大。一般渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣速度大多超過音速，而飛機(jī)大多數(shù)時(shí)候是在亞音速飛行。因此，片面的加大熱功率，即加大渦輪前溫度，會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)效率的下降。要全面提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，必需解決熱效率和推進(jìn)效率這一對(duì)矛盾。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的妙處，就在于既提高渦輪前溫度，又不增加排氣速度（通過增加低速的排氣流量，降低平均排氣速度）。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上就是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的后方再增加了1-2級(jí)低壓（低速）渦輪，這些渦輪帶動(dòng)一定數(shù)量的風(fēng)扇，繼續(xù)消耗掉一部分渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)（核心機(jī)）的燃?xì)馀艢鈩?dòng)能，從而進(jìn)一步降低燃?xì)馀懦鏊俣取ｏL(fēng)扇吸入的氣流一部分如普通噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，送進(jìn)壓氣機(jī)（術(shù)語稱“內(nèi)涵道”），另一部分則直接從渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)殼外圍向外排出（“外涵道”）。因此，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)饽芰勘环峙傻搅孙L(fēng)扇和燃燒室分別產(chǎn)生的兩種排氣氣流上。這時(shí)，為提高熱效率而提高渦輪前溫度，可以通過適當(dāng)?shù)臏u輪結(jié)構(gòu)和增大風(fēng)扇直徑，使更多的燃?xì)饽芰拷?jīng)低壓渦輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇傳遞到外涵道氣流，從而避免大幅增加排氣速度。這樣，熱效率和推進(jìn)效率取得了平衡，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率得到極大提高。效率高就意味著油耗低，飛機(jī)航程變得更遠(yuǎn)。但是大風(fēng)扇直徑增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)面積，所以涵道比大于0.3以上的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) 不適合超音速巡航飛行。雖然渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)降低了排氣速度，但并未降低推力，因?yàn)榻档团艢馑俣鹊耐瑫r(shí)增加了（外涵）排氣流量。從涵道比的角度看，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的折中。
原理工作原理
渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)由風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)(髙涵比渦扇特有)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的高壓渦輪、驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的低壓渦輪和排氣系統(tǒng)組成。其中高壓壓氣機(jī)、燃燒室和高壓渦輪三部分統(tǒng)稱為核心機(jī)，由核心機(jī)排出的燃?xì)庵械目捎媚芰浚徊糠謧鹘o低壓渦輪用以驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，余下的部分在噴管中用于加速排出的燃?xì)狻ｏL(fēng)扇轉(zhuǎn)子實(shí)際上是 1級(jí)或幾級(jí)葉片較長的壓氣機(jī)，空氣流過風(fēng)扇后，分成兩路:一路是內(nèi)涵氣流，空氣繼續(xù)經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，在燃燒室和燃油混合燃燒，燃?xì)饨?jīng)渦輪和噴管膨脹，燃?xì)庖愿咚購奈矅娍谂懦觯a(chǎn)生推力，流經(jīng)路程為經(jīng)低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪，燃?xì)鈴膰姽芘懦觯涣硪宦肥峭夂瓪饬鳎L(fēng)扇后空氣經(jīng)外涵道直接排入大氣或同內(nèi)涵燃?xì)庖黄鹪趪姽芘懦觥u輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)組合了渦輪噴氣和渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換大部分的燃?xì)饽芰砍沈?qū)動(dòng)風(fēng)扇和壓氣機(jī)的扭矩，其余的轉(zhuǎn)換成推力。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的總推力是核心發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)扇產(chǎn)生的推力之和。這種有內(nèi)外二個(gè)涵道的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)又稱為內(nèi)外涵發(fā)動(dòng)機(jī)。也就是說，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)可以是分開排氣的或混合排氣的，可以是短外涵的或長外涵(全涵道)的。 風(fēng)扇可作為低壓壓氣機(jī)的第1級(jí)由低壓渦輪驅(qū)動(dòng)，也可以由單獨(dú)的渦輪驅(qū)動(dòng)。 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推力由兩部分組成：內(nèi)涵產(chǎn)生的推力和外涵產(chǎn)生的推力。對(duì)于高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇產(chǎn)生的推力占78%以上。流經(jīng)外涵和內(nèi)涵的空氣流量之比稱為涵道比或流量比。涵道比對(duì)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響較大，涵道比大，耗油率低，但發(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)面積大；涵道比較小時(shí)，迎風(fēng)面積小，但耗油率大。內(nèi)外涵兩股氣流分開排入大氣的稱為分排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。內(nèi)外涵兩股氣流在內(nèi)涵渦輪后的混合器中相互滲混后通過同一噴管排入大氣的，稱為混排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)也可安裝加力燃燒室，成為加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。在分排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)上的加力燃燒室可以分別安裝在內(nèi)涵渦輪后或外涵通道內(nèi)，在混排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)上則可裝在混合器后面。
涵道比
旁通比（Bypass ratio，也稱涵道比）是不經(jīng)過燃燒室的空氣質(zhì)量，與通過燃燒室的空氣質(zhì)量的比例。旁通比為零的渦扇引擎即是渦輪噴氣引擎。早期的渦扇引擎和現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)使用的渦扇引擎旁通比都較低。例如世界上第一款渦扇引擎，勞斯萊斯的Conway，其旁通比只有0.3。現(xiàn)代多數(shù)民航機(jī)引擎的旁通比通常都在5以上。旁通比高的渦輪扇引擎耗油較少，但推力卻與渦輪噴氣引擎相當(dāng)，且運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還寧靜得多。 核心機(jī)相同時(shí)，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工質(zhì)（工作介質(zhì)）流量介于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)之間。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工質(zhì)流量大、噴射速度低、推進(jìn)效率高、耗油率低、推力大。50年代發(fā)展的第一代渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其涵道比、壓氣機(jī)增壓比和燃?xì)鉁囟榷驾^低，耗油率比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)僅低25%左右，大約為 0.06～ 0.07公斤/牛·時(shí)（0.6～0.7公斤/公斤力·時(shí)）。60年代末、70年代初發(fā)展了高涵道比（5～8）、高增壓比（25～30）和高燃?xì)鉁囟?（1600～1750K）的第二代渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，耗油率降低到0.03～0.04公斤/牛·時(shí)（0.3～0.4公斤/公斤力·時(shí)），推力則高達(dá)200～250千牛（20000～25000公斤力）。高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲低，排氣污染小，多用作大型客機(jī)的動(dòng)力裝置，這種客機(jī)在11公里高度的巡航速度可達(dá)950公里/時(shí)。但這種高涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噴射速度低，迎風(fēng)面積大，不宜用于超音速飛機(jī)上。有些殲擊機(jī)使用了小涵道比、帶加力燃燒室的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在亞音速飛行時(shí)不使用加力燃燒室，耗油率和排氣溫度都比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)低，因而紅外輻射強(qiáng)度較弱，不易被紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈擊中。使用加力作2倍以上音速的飛行時(shí)，產(chǎn)生的推力可超過加力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，地面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的推重比已達(dá)8左右。
優(yōu)缺點(diǎn)
渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn) : 推力大、推進(jìn)效率高、噪音低、燃油消耗率低，飛機(jī)航程遠(yuǎn)。 缺點(diǎn) : 風(fēng)扇直徑大，迎風(fēng)面積大，因而阻力大，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大。
誕生研發(fā)
在五十年代未、六十年代初，作為航空動(dòng)力的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒臁．?dāng)時(shí)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)總增壓比已經(jīng)可以達(dá)到14左右，而渦輪前的最高溫度也已經(jīng)達(dá)到了1000℃的水平。在這樣的條件下，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行部分的能量輸出已經(jīng)有了可能。而當(dāng)時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力要求又是那樣的迫切，人們很自然地想到了通過給渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加裝風(fēng)扇以提高迎風(fēng)面積增大空氣流量，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。 當(dāng)時(shí)人們通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，以當(dāng)時(shí)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)水平，在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加裝了風(fēng)扇變成了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之后，其技術(shù)性能將有很大的提高。當(dāng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇空氣流量與核心發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量大至相當(dāng)時(shí)（函道比1:1），發(fā)動(dòng)機(jī)的地面起飛推力增大了百分之四十左右，而高空巡航時(shí)的耗油量卻下降了百分之十五，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率得到了極大的提高。 這樣一種有著渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)無法比及優(yōu)點(diǎn)的新型航空動(dòng)力理所當(dāng)然地得到了西方各強(qiáng)國的極大重視。各國都投入了極大的人力、物力和熱情來研究試制渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)最初研制的道路上英國人走在了美國人之前。英國的羅爾斯·羅伊斯公司從1948年就開始就投入了相當(dāng)?shù)木硌兄扑麄兊摹翱稻S”渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。1953年“康維”進(jìn)行了第一次地面試車。又經(jīng)過了六年的精雕細(xì)刻，直到1959年3月，“康維MK-508”才最終定型。這個(gè)經(jīng)過十一年孕育的難產(chǎn)兒有著當(dāng)時(shí)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)難以望其項(xiàng)背的綜合性能。“康維”采用了雙轉(zhuǎn)子前風(fēng)扇的總體結(jié)構(gòu)，函道比為0.3，推重比為3.83，地面臺(tái)架最大推力為7945公斤，高空巡航推力為2905公斤，最大推力時(shí)耗油量為0.735千克/小時(shí)/千克，壓氣機(jī)總增壓比為14，風(fēng)扇總增壓比為1.90，而且英國人還在“康維”上首次采用了氣冷的'渦輪葉片。當(dāng)康維最終定型之后，英國人迫不及待地把它裝在了VC-10上！ 美國人在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)上比英國人慢了一拍，但是其技術(shù)起點(diǎn)非常之高。美國人并沒有走英國人從頭研制的老路。美國的普·惠公司利用自已在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)上的豐富技術(shù)儲(chǔ)備，采用了已經(jīng)非常成熟的J-57作為新渦扇發(fā)動(dòng)的內(nèi)涵核心發(fā)動(dòng)機(jī)。J-57是美國人從1947年就開始設(shè)計(jì)的一種渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，1949年完成設(shè)計(jì)，1953年正式投產(chǎn)。J57在投產(chǎn)階段共生產(chǎn)了21226臺(tái)，是世界上產(chǎn)量最大的三種渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)之一，先后裝備了F-100、F-101、F-102、B-52等機(jī)種。J-57在技術(shù)上也有所突破，它是世界上第一臺(tái)采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，而由單轉(zhuǎn)子到雙轉(zhuǎn)子是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上的一大進(jìn)步。不光是核心發(fā)動(dòng)機(jī)，就連風(fēng)扇普惠公司也都是采用的已經(jīng)相當(dāng)成熟的部件，已被撤消了型號(hào)的J91核動(dòng)力噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的長葉片被普惠公司拿來當(dāng)作新渦扇的風(fēng)扇。1960年七月，普惠公司的JT3D渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)誕生了。JT3D的最終定型時(shí)間比羅羅的康維只晚了幾個(gè)月，可是在性能上卻大大的提高。JT3D也是采用了雙軸前風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，地面臺(tái)架最大推力8165公斤，高空巡航推力2038公斤，最大推力耗油0.535千克/小時(shí)/千克，推重比4.22，函道比1.37，壓氣機(jī)總增壓比13.55，風(fēng)扇總增壓比1.74（以上數(shù)據(jù)為JT3D-3B型發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)）。JT3D的用處很廣，波音707、DC-8用的都是JT3D。不光在民用，在軍用方面JT3D也大顯身手，B-52H、C-141A、E-3A用的都是JT-3D的軍用型TF-33。 現(xiàn)今世界三大航空動(dòng)力巨子中的羅·羅、普·惠，都已先后推出了自已的第一代渦扇作品。而幾乎是在同一時(shí)刻，三巨頭中的另一個(gè)也推出了自已的第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。在羅·羅推出“康維”之后第八個(gè)月、普·惠推出JT-3D的前一個(gè)月，通用電氣公司也定型了自已的第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)CJ805-23。CJ805-23的地面臺(tái)架最大推力為7169公斤，推重比為4.15，函道比為1.5，壓氣機(jī)增壓比為13，風(fēng)扇增壓比為1.6，最大推力耗油0.558千克/小時(shí)/千克。與普·惠一樣，通用電氣公司也是在現(xiàn)有的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)之上研發(fā)自已的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，被用作新渦扇的內(nèi)函核心發(fā)動(dòng)機(jī)的是J79。J-79于1952年開始設(shè)計(jì)，于1956年投產(chǎn)，共生產(chǎn)了16500多臺(tái)。它與J-57一樣也是有史以來產(chǎn)量最高的三種渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)之一。與J57的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不不同，J79是單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。在J-79上首次采用了壓氣機(jī)可調(diào)整流葉片和加力全程可調(diào)噴管，J-79也是首次可用于兩倍音速飛行的航空發(fā)動(dòng)機(jī)。 通用電氣公司的CJ805-23渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)絕對(duì)另類的產(chǎn)品，讓CJ805-23如此與眾不同的地方就在于它的風(fēng)扇位置——它是唯一采用后風(fēng)扇設(shè)計(jì)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。 在五六十年代，人們?cè)谠O(shè)計(jì)第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候遇到了很大的困難。首先是由于大直徑的風(fēng)扇與相對(duì)小直徑的低壓壓氣機(jī)聯(lián)動(dòng)以后，風(fēng)扇葉片翼尖部分的線速度超過了音速。這個(gè)問題在當(dāng)時(shí)很難解決，因?yàn)闆]有可利用的公式來進(jìn)行運(yùn)算，人們只能用一次又一次的試驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)、解決問題；第二是由于在壓氣機(jī)之前多了風(fēng)扇，使得壓氣機(jī)的工作被風(fēng)扇所干擾；第三是細(xì)長的風(fēng)扇葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的振動(dòng)。 而通用電氣公司的后風(fēng)扇設(shè)計(jì)一下子完全避開了這三個(gè)最主要的困難。CJ805-23的后風(fēng)扇實(shí)際上是一個(gè)雙節(jié)的葉片，葉片的下半部分是渦輪葉片，上半部分是風(fēng)扇葉片。這樣的一個(gè)葉片就像渦軸發(fā)動(dòng)的自由渦輪一樣被放在內(nèi)函核心發(fā)動(dòng)機(jī)的尾部。葉片與核心發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子沒有絲毫的機(jī)械聯(lián)系，這樣人們就可以隨心所欲地來設(shè)計(jì)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，而且葉片的后置也不會(huì)對(duì)壓氣機(jī)產(chǎn)生不良影響。但在回避困難的同時(shí)也引發(fā)了新的問題。 首先是葉片的受熱不勻，CJ805-23的后風(fēng)扇葉片的渦輪部分在工作時(shí)的最高溫度達(dá)到了560度，而風(fēng)扇部分的最低溫度只有38度；其次，由于后風(fēng)扇不像前風(fēng)扇那樣工作在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端，而是工作在發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端，這樣一來風(fēng)扇的可靠性也隨之下降，而飛機(jī)對(duì)其動(dòng)力的要求最重要的一條就是萬無一失。而且風(fēng)扇后置的設(shè)計(jì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)由于形狀上的原因其飛行阻力也要大于風(fēng)扇前置的發(fā)動(dòng)機(jī)。 當(dāng)“康維”、JT-3D、CJ805-23這些渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)紛紛定型下線的時(shí)候，人們也在不斷反思渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制過程。人們發(fā)現(xiàn)，如果一臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)如果真的像“康維”那樣從一張白紙上開始試制，則最少要用十年左右的時(shí)間新發(fā)動(dòng)機(jī)才能定型投產(chǎn)。而如果像JT-3D或CJ805-23那樣，利用已有的一臺(tái)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)作為內(nèi)函發(fā)動(dòng)機(jī)來研制渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的話，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)上最難解決的部分都已得到了解決，所以無論從時(shí)間上還是金錢、人力、物力上都要節(jié)省很多。在這樣的背景之下，為了縮短新渦扇的研制時(shí)間、減少開發(fā)費(fèi)用，美國政府在還未對(duì)未來的航空動(dòng)力有十分明確要求的情況下，從1959年起開始執(zhí)行“先進(jìn)渦輪燃?xì)獍l(fā)生器計(jì)劃”。這個(gè)計(jì)劃的目的就是要利用最新的科研成果來試制一種燃?xì)夂诵臋C(jī)，并進(jìn)行地面試車，以暴露并解決各部分的問題。在這個(gè)燃?xì)夂诵臋C(jī)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行放大或縮小，再加裝其它的部件，如壓氣機(jī)、風(fēng)扇等等，就可以組裝成不同類型的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。如渦扇、渦噴、渦軸、渦槳等等。“先進(jìn)渦輪燃?xì)獍l(fā)生器計(jì)劃”實(shí)際上是一個(gè)有相當(dāng)前瞻意味的預(yù)研工程。 用今天的眼光來看，這個(gè)工程的指導(dǎo)方向無疑是正確的。美國政府實(shí)際上是在激勵(lì)本國的兩大動(dòng)力公司向航空動(dòng)力系統(tǒng)中最難的部分開刀。因?yàn)樵谌細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中最最嚴(yán)重的技術(shù)難點(diǎn)，就產(chǎn)生在這個(gè)以燃?xì)獍l(fā)生器和燃?xì)鉁u輪為主體的燃?xì)夂诵臋C(jī)上。在每一臺(tái)以高溫燃?xì)鈦眚?qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪為動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)上，由燃?xì)獍l(fā)生器和燃?xì)鉁u輪所組成的燃?xì)夂诵臋C(jī)的工作地點(diǎn)，將是這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的最高溫度、最大壓力的所在地，所以其承受的應(yīng)力也就最大，工作條件也最為苛刻。但燃?xì)夂诵臋C(jī)的困難不只是壓力和溫度，高轉(zhuǎn)數(shù)所帶來的巨大的離心力、飛機(jī)在加速時(shí)的巨大沖擊，如果是戰(zhàn)斗機(jī)還要考慮到當(dāng)飛機(jī)進(jìn)行機(jī)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的過載和因過載而引起的零部件變形。在為數(shù)眾多的困難中單拿出無論哪一個(gè)，都將是一個(gè)工程上的巨大難題。但如果這些問題未能解決，那么更先進(jìn)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)也就無從談起。 在這個(gè)計(jì)劃之下，普惠公司與通用電氣公司都很快推出了各自研發(fā)的燃?xì)夂诵臋C(jī)。普惠公司的核心機(jī)被稱作STF-200，而通用動(dòng)力公司的燃?xì)夂诵臋C(jī)為GE-1。時(shí)至今日，美國人在四十年前發(fā)起的這場(chǎng)預(yù)研還在發(fā)揮著它的作用。現(xiàn)如今普惠公司和通用電氣公司出品的各式航空發(fā)動(dòng)機(jī)，如果都求其根源的話，它們卻都是來自于STF-200與GE-1這兩個(gè)老祖宗。
首例
第二次世界大戰(zhàn)中，德國戴姆勒-奔馳于1943年試制出了第一臺(tái)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，4月在試驗(yàn)臺(tái)上靜推力已達(dá)到840千克，預(yù)計(jì)可達(dá)到1000千克，但因存在大量缺陷并缺乏相應(yīng)的專家而沒能獲得發(fā)展。二戰(zhàn)后，隨著時(shí)間推移、技術(shù)更新，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)顯得不足以滿足新型飛機(jī)的動(dòng)力需求。尤其是二戰(zhàn)后快速發(fā)展的亞音速民航飛機(jī)和大型運(yùn)輸機(jī)，飛行速度要求達(dá)到高亞音速即可，耗油量要小，因此發(fā)動(dòng)機(jī)效率要很高。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率已經(jīng)無法滿足這種需求，使得上述機(jī)種的航程縮短。因此一段時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)了較多的使用渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的大型飛機(jī)。實(shí)際上早在30年代起，帶有外涵道的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)了一些粗糙的早期設(shè)計(jì)。40和50年代，早期渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)開始了試驗(yàn)。但由于對(duì)風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)要求的風(fēng)扇葉片，從而揭開了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)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(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)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(dòng)機(jī)，立即打破了超音速噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的大量紀(jì)錄。但最早的實(shí)用化渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)則是普拉特·惠特尼（Pratt & Whitney）公司的JT3D渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)際上普·惠公司啟動(dòng)渦扇研制項(xiàng)目要比GE晚，他們是探聽到GE在研制CJ805的機(jī)密后，匆忙加緊工作，搶先推出了了實(shí)用的JT3D。1960年，羅爾斯·羅伊斯公司的“康威”（Conway）渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)開始被波音707大型遠(yuǎn)程噴氣客機(jī)采用，成為第一種被民航客機(jī)使用的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。60年代洛克西德“三星”客機(jī)和波音747“珍寶”客機(jī)采用了羅·羅公司的RB211-22B大型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，標(biāo)志著渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的全面成熟。此后渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)迅速的被西方民用航空工業(yè)拋棄。
效能
渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)要比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)更省油，尤其是超過音速不太多時(shí)。所以民用噴氣飛機(jī)都是采用的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。 中國民用分開排氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)還未研制成功，軍用混合排氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)中已成功批量生產(chǎn)的秦嶺發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于英國60年代的SPEY，用于飛豹上。相當(dāng)于蘇27上的AL31的太行前一段時(shí)間報(bào)道研制成功，但不知道是否投入批量生產(chǎn)。 提高渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力的一個(gè)辦法就是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量。
分類分別排氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
內(nèi)、外涵道中的氣體分別在內(nèi)、外涵尾噴管中排出 發(fā)動(dòng)機(jī)組成如下：進(jìn)氣道、風(fēng)扇、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、外涵道、內(nèi)外涵尾噴管。 內(nèi)涵氣流：壓氣機(jī)增壓--燃燒室加熱--渦輪膨脹作功帶動(dòng)風(fēng)扇和壓氣機(jī)--內(nèi)涵尾噴管膨脹加速--排氣到體外 外涵氣流：外涵道--外涵尾噴管膨脹加速--排氣到體外 我們常見的民航客機(jī)所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)，多半是分別排氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，比如著名的V2500，PW4000,GE90....
混合排氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
內(nèi)、外涵道中的氣體混合后從尾噴管中噴出 發(fā)動(dòng)機(jī)組成如下：進(jìn)氣道、風(fēng)扇、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、外涵道、混合器、尾噴管。 內(nèi)涵氣流：壓氣機(jī)增壓--燃燒室加熱--渦輪膨脹作功帶動(dòng)風(fēng)扇和壓氣機(jī)--混合器 外涵氣流：外涵道--混合器 兩股氣流在混合器中摻混--尾噴管膨脹加速--排氣到體外 現(xiàn)代先進(jìn)軍用殲擊機(jī)一般均采用低涵道比的混合加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
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