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航天發(fā)動機與殲擊機發(fā)動機的差別!
航天發(fā)動機與殲擊機發(fā)動機有差別,航天發(fā)動機可以用與殲擊機上么?
問
提問者:網(wǎng)友
|
2017-01-21
最佳回答
航天發(fā)動機是為航空器提供飛行所需動力的發(fā)動機。有3種類型:①
活塞
式航空發(fā)動機。早期在飛機或直升機上應(yīng)用的航空發(fā)動機,用于帶動螺旋槳或旋翼。大型活塞式航空發(fā)動機的功率可達2500千瓦。后來為功率大、高速性能好的燃氣渦輪發(fā)動機所取代。但小功率的活塞式航空發(fā)動機仍廣泛地用于輕型飛機、直升機及超輕型飛機。②燃氣渦輪發(fā)動機。應(yīng)用最廣。包括渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機,都具有壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪。渦輪螺旋槳發(fā)動機主要用于時速小于800千米的飛機;渦輪軸發(fā)動機主要用作直升機的動力;渦輪風(fēng)扇發(fā)動機主要用于速度更高的飛機;渦輪噴氣發(fā)動機主要用于超聲速飛機。③沖壓發(fā)動機。特點是無壓氣機和燃氣渦輪,進入燃燒室的空氣利用高速飛行時的沖壓作用增壓。它構(gòu)造簡單、推力大,特別適用于高速高空飛行。由于不能自行起動和低速下性能欠佳,限制了應(yīng)用范圍,僅用在導(dǎo)彈和空中發(fā)射的靶彈上。壓氣機 壓氣機的作用是將來自渦輪的能量傳遞給外界空氣,提高其壓力后送到燃燒室參與燃燒。因為外界空氣的單位體積含氧量太低,遠小于燃燒室中的燃油充分燃燒所需的含氧量。所以如果外界空氣不經(jīng)過壓縮,那么發(fā)動機的熱力循環(huán)效率就太低了。 在航空渦輪發(fā)動機上使用的壓氣機按其結(jié)構(gòu)和工作原理可以分為兩大類,一類是離心式壓氣機,一類是軸流式壓氣機。離心式壓氣機的外形就像是一個鈍角的扁圓錐體。由于其迎風(fēng)面積大,現(xiàn)在已經(jīng)不在主流航空渦噴/渦扇發(fā)動機中使用了,僅在渦軸發(fā)動機中有一些應(yīng)用。軸流式壓氣機因其中主流的方向與壓氣機軸平行而得名,它是靠推動氣流進入相鄰葉片間的擴壓信道來實現(xiàn)氣流增壓的。軸流式壓氣機具有體積小、流量大、效率高的特點,雖然軸流式壓氣機單級增壓比不大(約1.3~1.5),但是可以將很多級壓氣機葉片串聯(lián)起來,一級一級增壓,其乘積就是總的增壓比。軸流式壓氣機的這些優(yōu)點,使其成為現(xiàn)代航空渦輪發(fā)動機的首選。 壓氣機的主要設(shè)計難點在于要綜合保證效率、增壓比和喘振裕度者三大主要性能參數(shù)滿足發(fā)動機的要求。 壓氣機效率是衡量壓氣機性能好壞的重要指標,它反映了氣流增壓過程中產(chǎn)生能量損失的大小,如果效率太低,能量損失過大,壓氣機就是出力不討好。 增壓比是指壓氣機出口氣壓與進口氣壓之比,這個參數(shù)決定了壓氣機給后面的燃燒室提供的“服務(wù)質(zhì)量”的好壞以及整個發(fā)動機的熱力循環(huán)效率。目前人們的目標是提高壓氣機的單級增壓比。比如在GE公司的J-79渦噴發(fā)動機上用的壓氣機風(fēng)扇有17級之多,平均單級增壓比為1.16,這樣17級葉片的總增壓比大約在12.5左右;而F-22的F-119渦扇發(fā)動機的壓氣機中,3級風(fēng)扇和6級高壓壓氣機的總增壓比就達到了25左右,平均單級增壓比為1.43。 但隨著壓氣機的增壓比越來越高,壓氣機喘振的問題凸顯了出來。 喘振是發(fā)動機的一種不正常的工作狀態(tài),是由壓氣機內(nèi)的空氣流量和壓氣機轉(zhuǎn)速偏離設(shè)計狀態(tài)過多而引發(fā)的。喘振是發(fā)動機的致命故障,嚴重時可能導(dǎo)致發(fā)動機空中停車甚至發(fā)動機致命損壞。衡量發(fā)動機喘振性能的指標叫做“喘振裕度”,就是說發(fā)動機的進氣口流量變化多少會引發(fā)喘振,這個值一般都要求達到15%甚至20%以上。航空渦輪發(fā)動機性能要先進,穩(wěn)定工作范圍寬,首先要求喘振裕度要大,壓氣機工作點距離喘振邊界遠。其次,發(fā)動機抗畸變能力要強。進氣口的氣有時是不均勻的,尤其是飛機做大機動動作時,進氣道唇口氣流發(fā)生分離,造成壓氣機進口畸變,氣流不均勻。這時發(fā)動機的喘振裕度就會減小,加減速又會把一部分喘振裕度消耗掉,也可能造成停車,所以喘振裕度必須足夠,對畸變不敏感。導(dǎo)彈的尾焰也容易造成溫度場畸變,使發(fā)動機停車,所以要有武器發(fā)射防喘自動控制系統(tǒng)。 早期的軸流式壓氣機多數(shù)為單轉(zhuǎn)子軸流式壓氣機,即各級壓氣機是裝在同一根傳動軸上、由同一個渦輪驅(qū)動并以相同轉(zhuǎn)速工作的。這種壓氣機結(jié)構(gòu)比較簡單,但是當單轉(zhuǎn)子的發(fā)動機在工作中轉(zhuǎn)速突然下降時(比如猛收小油門),氣流容積容量過大而形成堵塞,從而導(dǎo)致前面各級(低壓壓氣機)葉片處于小流量大攻角的工作狀態(tài)。這時,就像飛機在大攻角飛行時出現(xiàn)失速一樣,氣流在壓氣機葉片后面開始分離,這種分離嚴重到一定程度,就會出現(xiàn)喘振。在單轉(zhuǎn)子軸流式壓氣機中,為了降低低壓部分在這種情況下的攻角,只好在壓氣機前加裝可調(diào)導(dǎo)流葉片以降低氣流攻角,或者在壓氣機的中間級上進行放氣,即空防掉一部分已經(jīng)增壓的空氣來減少壓氣機低壓部分的攻角。 為了提高壓氣機的工作效率并增加發(fā)動機喘振裕度,人們想到了用雙轉(zhuǎn)子來解決問題,即讓發(fā)動機的低壓壓氣機和高壓壓氣機工作在不同的轉(zhuǎn)速之下,這樣低壓壓氣機與低壓渦輪聯(lián)動形成低壓轉(zhuǎn)子,高壓壓氣機與高壓渦輪聯(lián)動形成高壓轉(zhuǎn)子。由于低壓壓氣機和高壓壓氣機分別裝在兩個同心的傳動軸上,當壓氣機的空氣流量和轉(zhuǎn)速前后矛盾時,它們就可以自動調(diào)節(jié),推遲了前面各級葉片上的氣流分離,從而增加了喘振裕度。 然而雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的發(fā)動機也并不是完美的。在雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動機上,由于風(fēng)扇通常和低壓壓氣機聯(lián)動,風(fēng)扇為了遷就壓氣機而必須在高轉(zhuǎn)速下運行,高轉(zhuǎn)速帶來的巨大離心力就要求風(fēng)扇的葉片長度不能太大,涵道比自然也上不去,而涵道比越高的發(fā)動機越省油。低壓壓氣機為了遷就風(fēng)扇也不得不降低轉(zhuǎn)速和單級增壓比,單級增壓比降低的后果就是不得不增加壓氣機的級數(shù)來保持一定的總增壓比。這樣一來壓氣機的重量就難以下降。 為了解決壓氣機增壓比和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的矛盾,人們很自然的想到了三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。所謂三轉(zhuǎn)子就是在雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機上又多了一級風(fēng)扇轉(zhuǎn)子。這樣,風(fēng)扇、低壓壓氣機和高壓壓氣機都自成一個轉(zhuǎn)子,各自都有各自的轉(zhuǎn)速。因此,設(shè)計師們就可以相對自由地設(shè)計發(fā)動機風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇直徑以及涵道比。而低壓壓氣機的轉(zhuǎn)速也就可以不再受風(fēng)扇的掣肘。 但和雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機相比,三轉(zhuǎn)子發(fā)動機的結(jié)構(gòu)進一步變得復(fù)雜。三轉(zhuǎn)子發(fā)動機有三個相互套在一起的共軸轉(zhuǎn)子,支撐結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,軸承的潤滑也更加困難。三轉(zhuǎn)子發(fā)動機比雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機多了很多工程上的難題,可是英國的羅爾斯·羅伊斯公司還是對它情有獨鐘。羅·羅公司的RB-211渦扇發(fā)動機上用的就是三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子數(shù)量的增加帶來了風(fēng)扇、壓氣機和渦輪的優(yōu)化。該型發(fā)動機裝備在許多型號的客機上。 三轉(zhuǎn)子的RB-211與同一技術(shù)時期推力同級的波音747用雙轉(zhuǎn)子JT9D渦扇發(fā)動機相比,JT9D的風(fēng)扇葉片有46片,而RB-211只有33片;壓氣機、渦輪的總級數(shù)JT9D為22級,而RB-211只有19級;壓氣機葉片JT9D有1486片,RB-211只有826片;渦輪轉(zhuǎn)子葉片RB-211是522片,而JT9D多達708片;但從支撐軸承上看,RB-211有8個軸承支承點,而JT9D只有4個。
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