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渦噴發(fā)動機與渦扇發(fā)動機

請分別介紹一下: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-03-05

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渦噴發(fā)動機在單個流道內(nèi),渦輪出口燃氣直接在噴管中膨脹,使燃氣可用能量轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚賴娏鞯膭幽芏a(chǎn)生反作用力的發(fā)動機稱渦噴發(fā)動機. 　渦扇發(fā)動機核心機出口燃氣在低壓渦輪中進一步膨脹做功,用于帶動外涵風扇，使外涵氣流的噴射速度增大，剩下的可用能量繼續(xù)在噴管中轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚賴娏鞯膭幽堋? 渦扇氣流通道有兩個：內(nèi)涵和外涵。內(nèi)涵要經(jīng)過風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪和噴口；外涵直接通過風扇后排出。如果是帶加力的發(fā)動機（如F-22等軍用飛機的的發(fā)動機：F-119等）那外涵氣流還要經(jīng)過加里燃燒室?，F(xiàn)在民航幾乎沒有使用渦噴的（亞音速是經(jīng)濟性不好），CFM56,GE90,PW4000,RB211,Trent等，都是典型的不帶加力的渦扇發(fā)動機。渦噴氣流通道只有一個。高速的時候效率較高。但是，十分廢油。現(xiàn)在連戰(zhàn)斗機都很少用純渦噴的。早期的噴氣發(fā)動機渦噴居多。如 707 用的 JT3D 就是渦噴發(fā)動機。與渦噴發(fā)動機相比，渦扇發(fā)動機熱效率高，油耗低，因而能夠獲得較大的推重比。這些是渦噴發(fā)動機無論如何都難以達到的。其實渦噴發(fā)動機和渦扇發(fā)動機的核心機是基本相同的，所不同的是渦扇發(fā)動機是在渦噴發(fā)動機的基礎(chǔ)上增加了幾級渦輪，這些渦輪帶動一排或幾排風扇，風扇后的氣流一部分進入壓氣機（內(nèi)涵道），燃燒后從噴口噴出，另一部分則不經(jīng)過燃燒，而通過外涵道直接排到空氣中。所以，渦扇發(fā)動機的推力是風扇抗力和噴口推力的總和 [技術(shù)難點] 1、高壓比壓氣機設(shè)計技術(shù)（主要包括壓氣機三維設(shè)計技術(shù)、大小葉片設(shè)計技術(shù)、彎掠葉片設(shè)計技術(shù)、多級壓氣機級間匹配技術(shù)）； 2、高溫升高熱容低污染燃燒室設(shè)計技術(shù)（主要包括無污染燃燒室設(shè)計技術(shù)、浮壁燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)、帶化學(xué)反應(yīng)的非定常三維燃燒室設(shè)計技術(shù)、高效低阻火焰穩(wěn)定器及噴嘴設(shè)計技術(shù)）；　 3、發(fā)動機先進密封技術(shù)（主要包括刷式密封技術(shù)、光刻"指尖"封嚴技術(shù)、端面氣膜封嚴技術(shù)）；　 4、高溫高負荷渦輪設(shè)計技術(shù)（主要包括強化傳熱設(shè)計技術(shù)、超冷/鑄冷技術(shù)、可控渦設(shè)計、復(fù)合傾斜葉片設(shè)計技術(shù)、三維粘性非定常渦輪設(shè)計技術(shù)）；　 5、先進發(fā)動機控制技術(shù)（主要包括全權(quán)數(shù)字電子控制技術(shù)、發(fā)動機智能控制技術(shù)、主動控制技術(shù)）。　 [國外概況] 渦噴/渦扇發(fā)動機是軍用戰(zhàn)斗機/攻擊機、轟炸機、教練機和民用客機的主要動力。半個多世紀以來，渦噴/渦扇發(fā)動機的性能提高很大。服役中的戰(zhàn)斗機發(fā)動機推重比從2提高到7-8，正在研制中的達9-10，并即將投入使用。民用大涵道比渦扇發(fā)動機的最大推力已超過40000daN，巡航耗油率從50年代渦噴發(fā)動機1.0kg/（daN·h）下降到0.55kg/（daN·h）。在性能提高的同時，發(fā)動機可靠性和耐久性也有很大改善。軍用發(fā)動機空中停車率一般為0.2-0.4/1000發(fā)動機飛行小時，民用發(fā)動機為0.002-0.02/1000發(fā)動機飛行小時。軍用發(fā)動機熱端零件壽命為2000h，民用發(fā)動機為20000-30000 h?！? 根據(jù)美國在80年代初組織有關(guān)專家對2000年航空技術(shù)預(yù)測的結(jié)果，認為在氣動熱力學(xué)、耐高溫輕重量材料和新結(jié)構(gòu)設(shè)計以及控制技術(shù)方面已取得的和將要取得的巨大進步，為在保持已經(jīng)達到的可靠性和耐久性水平上大幅度提高航空發(fā)動機性能提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。后來，美國空軍發(fā)起綜合高性能渦輪發(fā)動機技術(shù)（IHPTET）計劃?？哲?、海軍、陸軍、國防部預(yù)研局、NASA和七家主要發(fā)動機制造商都參與了這項計劃。計劃總的目標是到2003年使航空推進系統(tǒng)能力翻一番，即推重比或功率重量比增加100%-120%，耗油率下降30%-40%。生產(chǎn)和維修成本降低35%-60%。　為了同美國競爭，以英國為主，意大利和德國參與共同實施了先進核心軍用發(fā)動機計劃的第二階段（ACME-Ⅱ），英國和法國又聯(lián)合實施了先進軍用發(fā)動機技術(shù)（AMET）計劃。ACME-Ⅱ的目標是在2000年后不久驗證推重比20、耗油率低30%、制造成本低30%和壽命期費用低25%的技術(shù)，而AMET的目標是到2001年驗證推重比15的技術(shù)，并在以后幾年中提高到18?！? 1、現(xiàn)役軍用渦噴/渦扇發(fā)動機　自1973年美國普·惠公司研制成功首臺推重比8一級的F100發(fā)動機以來，相繼又有美國通用電氣公司的F404和F110、西歐三國聯(lián)合研制的RB.199、法國的M53和原蘇聯(lián)的РД33和АЛ31-Ф投入使用。它們已成為現(xiàn)役一線戰(zhàn)斗機的主要動力裝置。除法國的M53為單轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動機且推重比只有6.2外，其余均為雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動機，推重比為7.0-8.0。隨著發(fā)動機技術(shù)計劃的持續(xù)實施并不斷獲得新技術(shù)成果。這些新技術(shù)既可用來改進使用中的發(fā)動機，又可構(gòu)成全新研制中的推重比9-10發(fā)動機的基礎(chǔ)，并不斷向更高的目標--推重比20發(fā)展。預(yù)計，推重比15-20一級的發(fā)動機將于2015-2020年期間研制成功，并將與第五代戰(zhàn)斗機配套投入使用?！? （1）現(xiàn)役發(fā)動機的改進改型　為了滿足未來空軍多用途戰(zhàn)斗機（MRF）和海軍攻擊機以及原有F-15、F-16和F/A-18戰(zhàn)斗機進一步改型的需要，對F100、F110和F404發(fā)動機正在實施提高推力和推重比的改型工作?！?F100的改型為F100-PW-229A，已驗證的推力高達16530daN，推重比9.5?！?F110的改型為F110-GE-129EFE，已經(jīng)驗證的推力達16210daN，推重比為9.5?！?F404推力增大Ⅲ型（后重新編號為F414-GE-400）。F414的推力為9680-10700daN，推重比為9.0-9.5。它的渦輪前溫度將提高167K，空氣流量增加10%，壓氣機和渦輪效率將提高2%。采用的新技術(shù)有風扇和壓氣機整體葉盤結(jié)構(gòu)、多斜孔冷卻燃燒室、高功量高溫渦輪、軸對稱或二元矢量噴管和帶光纖控制部件的先進全權(quán)數(shù)字電子控制（FADEC）等。其中許多技術(shù)是從通用電氣公司的YF120發(fā)動機和綜合高性能渦輪發(fā)動機技術(shù)（IHPTET）計劃中得來的。F414的研制工作已經(jīng)完成，將在2000年裝在F-18E/F戰(zhàn)斗機上投入使用?！? （2）全新研制的推重比9-10渦噴/渦扇發(fā)動機　從80年代中期起，發(fā)達國家開始為第四代戰(zhàn)斗機研制新一代的發(fā)動機。但技術(shù)發(fā)展和驗證以及系統(tǒng)要求的論證工作開始得更早。目前，第四代發(fā)動機已處于工程和制造研制階段的后期，生產(chǎn)型發(fā)動機已交付試飛，在本世紀末或下世紀初投入使用。它們是美國普·惠公司的F119、英國等西歐四國聯(lián)合研制的EJ200和法國的M88。俄羅斯也有研制水平相當?shù)腁Л-41中發(fā)動機的計劃，但由于缺乏資金，進度會往后拖?！? （3）21世紀戰(zhàn)斗機用渦噴/渦扇發(fā)動機　 A、推重比15-20的戰(zhàn)斗機發(fā)動機方案　根據(jù)正在實施中的以IHPTET計劃為代表的預(yù)研工作進展情況，預(yù)計在2015-2020年將有可能實現(xiàn)推重比15-20的戰(zhàn)斗機用渦扇發(fā)動機，這種常規(guī)的中等壓比戰(zhàn)斗機發(fā)動機的構(gòu)形與目前使用中的F100發(fā)動機相比，具有以下特點：　 · 風扇由3級減為1級，葉片帶彎掠，且為空心結(jié)構(gòu)?！? · 壓氣機由9級減為3級。轉(zhuǎn)子為鼓筒式無盤結(jié)構(gòu)，由鈦基復(fù)合材料制成。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，可減輕重量達70%?！? · 燃燒室火焰筒材料由耐熱合金改為陶瓷基復(fù)合材料。運用計算流體力學(xué)設(shè)計大大減小出口溫度分布系數(shù)。有可能實現(xiàn)變幾何結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)出口溫度場主動控制?！? · 渦輪高、低壓渦輪均為單級，且為對轉(zhuǎn)。在仍采用金屬材料的條件下，整體葉盤結(jié)構(gòu)可減重30%。最終渦輪前溫度將高達2200K以上，此時將采用陶瓷基復(fù)合材料或碳-碳材料。　 · 加力燃燒室由于渦輪進口溫度很高，即使以下限2200K計算，發(fā)動機單位推力也比F100高70%-80%，因而新發(fā)動機很可能不采用加力燃燒室?！? · 尾噴管將采用固定結(jié)構(gòu)的射流控制全方位矢量噴管?！? 正在研究中的還有一種帶中間冷卻的偏置核心機方案，它適用于壓比為50-70的不帶加力作超音速巡航的戰(zhàn)斗機發(fā)動機?！? B、超音速垂直起落戰(zhàn)斗機用渦噴/渦扇發(fā)動機　目前，世界上只有兩種亞音速垂直起落戰(zhàn)斗機在服役，一種是英國研制的"鷂"式戰(zhàn)斗機，另一種是前蘇聯(lián)研制的雅克-38。前者裝一臺有四個旋轉(zhuǎn)噴管的"飛馬"渦扇發(fā)動機，風扇出口氣流由前面兩噴管噴出，核心氣流由后面兩個噴管噴出。后者裝一臺推力為8000daN的АЛ-21不加力渦噴發(fā)動機，燃氣通過可轉(zhuǎn)向的噴管噴出，另有兩臺單臺推力為3500daN的РД-36-35升力發(fā)動機提供升力?！?自60年代以來，對于超音速垂直/短距起落戰(zhàn)斗機動力裝置的研究工作一直在進行之中，但規(guī)模較小。近來，隨著美、英兩國政府發(fā)布聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機（JSF）的概念驗證招標書，先進短距起飛/垂直著陸飛機集中到洛克希德·馬丁公司方案和波音公司方案。這兩家公司都選用普·惠公司的F119-PW-100的改型為主推進發(fā)動機。洛克希德·馬丁公司的方案是主發(fā)動機通過軸系驅(qū)動置于座艙后的對轉(zhuǎn)升力風扇，風扇升力為8000daN，其噴管可向后60°，向前20°，向左和向右各8°偏轉(zhuǎn)。主發(fā)動機噴管為軸對稱轉(zhuǎn)向噴管，用以提供附加升力。主發(fā)動機的風扇放氣通向置于機翼的操縱噴管，在低速時進行橫滾操縱。波音公司的方案是主發(fā)動機排氣通過設(shè)在機身中部的兩個可收放升力噴管產(chǎn)生升力。在前飛時，這兩個噴管收起并關(guān)閉，前面還有一個通壓氣機排氣的噴管，產(chǎn)生射流屏作配平控制和防止發(fā)動機排氣進入進氣道用。主推進發(fā)動機裝二元俯仰推力矢量噴管，在側(cè)向有兩個偏航控制噴管。機翼兩側(cè)還設(shè)有橫滾操縱噴管。　通用電氣公司的F120發(fā)動機被選為F119的替換發(fā)動機，其進度比F119晚1年半。如果進展順利，預(yù)計JSF的批生產(chǎn)將于2008-2010年開始。　 2、運輸機用渦扇發(fā)動機　推進系統(tǒng)技術(shù)的進展是過去40年中亞音速運輸機性能改進的主要因素。渦輪風扇發(fā)動機由于不斷提高渦輪進口溫度、總壓比、涵道比，改進風扇和短艙性能，降低噪聲和污染，改善可靠性，而成為世界民用運輸機的最主要動力形式，運輸機發(fā)動機的主要性能指標耗油率已降低60%?！? （1）現(xiàn)役和研制中的渦扇發(fā)動機　由于運輸機發(fā)動機的推力級很寬，下面將按20000daN以上，10000-20000daN和10000daN以下三類分別說明現(xiàn)役和研制中的發(fā)動機?！? A、20000daN以上的發(fā)動機　自70年代初，第一代大涵道比渦扇發(fā)動機JT9D、CF6和RB211投入使用以來，開創(chuàng)了大型寬體噴氣客機的新時代，其耗油率比第一代民用渦扇發(fā)動機降低20%。其間，美國NASA實施了發(fā)動機部件改進（ECI）和節(jié)能發(fā)動機（EEE）計劃，目標分別是降低耗油率5%和12%。在80年代初這些計劃完成時，其成果用于發(fā)動機的改進改型和新型號研制，如普·惠公司研制PW4000以取代JT9D?！?90年代初，為滿足雙發(fā)遠程寬體客機B777的需要，普·惠公司、羅·羅公司和通用電氣公司開始研制推力超過32000daN的PW8084、遄達800和GE90，前兩種為改型，GE90為全新設(shè)計。這三種發(fā)動機于1995年先后裝在B777上投入使用。它們的技術(shù)特點有：采用高的循環(huán)參數(shù)，即涵道比、總增壓比和渦輪前溫度都較高；輕重量的寬弦無凸肩風扇葉片設(shè)計，其中GE90采用全復(fù)合材料；高效的全三維葉輪機氣動設(shè)計技術(shù)；低污染的雙環(huán)腔燃燒室；帶主動間隙控制的高、中、低壓渦輪；長壽命零件，如遄達發(fā)動機的冷端零件壽命達40000-70000h，熱端達20000-40000h等。　 B、10000-20000daN的發(fā)動機　在70年代初期和中期，CFM國際公司（CFMI）和國際航空發(fā)動機公司（IAE）為滿足新一代130-150座級客機的需要，先后開始研制CFM56和V2500渦扇發(fā)動機，起始推力為11000daN，并先后于1979年和1988年取得適航證。其后，通過不斷改進改型，提高性能，擴大用途，推力提高到15000daN左右，可用于150-250座級的客機。此外，羅·羅公司和普·惠公司又分別研制RB211-535和PW2000系列發(fā)動機，于1983年和1984年投入使用。它們的推力為16000-19000daN，主要用于B757客機。最近，普·惠公司開始研制PW8000齒輪傳動渦扇發(fā)動機，推力為11000-16000daN，涵道比11，耗油率降低9%，使用費用和維修費用分別降低10%和30%。它將為21世紀初的120-180座級飛機提供動力?！? C、10000daN以下的發(fā)動機　這里主要介紹用于新一代100-130座級干線客機的動力裝置。目前，寶馬/羅·羅公司、CFM國際公司和普·惠公司正在研制6000-10000daN推力的BR715、CFM56-9和PW6000大涵道比渦扇發(fā)動機，預(yù)計可在本世紀末投入使用。　（2）21世紀的運輸機發(fā)動機　 A、亞音速運輸機發(fā)動機　 21世紀亞音速運輸機發(fā)動機將向兩個方向發(fā)展；一是采用超大涵道比循環(huán)，旨在提高推進效率；二是高循環(huán)參數(shù)核心機，旨在提高熱效率。預(yù)計與90年代中期發(fā)動機相比，到2005年投入使用的發(fā)動機將使油耗降低15-20%，飛機直接使用渦噴/渦扇發(fā)動機是軍用飛機和民用客機的主要動力裝置，渦噴/渦扇發(fā)動機技術(shù)水平的提高對于提高軍用飛機的作戰(zhàn)效能，改善民用客機的性能都發(fā)揮重要作用。 [影響] 渦噴/渦扇發(fā)動機是軍用飛機和民用客機的主要動力裝置，渦噴/渦扇發(fā)動機技術(shù)水平的提高對于提高軍用飛機的作戰(zhàn)效能，改善民用客機的性能都發(fā)揮重要作用。: 回答者：網(wǎng)友

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