[原创]涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明

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导读:涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明 中国5代机出现后,大家讨论最热烈的问题就是发动机。现在使用涡轮风扇发动机作为战斗机的引擎是主流,新型战斗机的引擎都为涡轮风扇发动机,但还有使用涡轮喷射发动机的战斗机。 涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机到底有什么本质的区别?和相互的优劣是什么?我们来分析一下。 [U]涡轮喷射发动机[/U] 涡轮喷射发动机(Turbojet,简称:涡喷发动机)是一种涡轮发动机。涡喷完全是依靠燃气流产生推力的,通常用作高速飞机的动力。耗油要比涡轮风扇发动机高。 一
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涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明


中国5代机出现后,大家讨论最热烈的问题就是发动机。现在使用涡轮风扇发动机作为战斗机的引擎是主流,新型战斗机的引擎都为涡轮风扇发动机,但还有使用涡轮喷射发动机的战斗机。

涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机到底有什么本质的区别?和相互的优劣是什么?我们来分析一下。


涡轮喷射发动机


涡轮喷射发动机(Turbojet,简称:涡喷发动机)是一种涡轮发动机。涡喷完全是依靠燃气流产生推力的,通常用作高速飞机的动力。耗油要比涡轮风扇发动机高。


一个典型的涡喷图解(箭头为气流方向):


涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明


1-吸气

2-低压压缩

3-高压压缩

4-燃烧

5-排气

6-热区域

7-涡轮机

8-燃烧室

9-冷区域

10-进气口


涡喷的结构:


进气道-


进气道的主要作用是将空气在进入压缩机之前调整到发动机能正常运转的状态。在超音速飞行时,机头与进气道口都会产生冲击波,空气经过冲击波压力会升高,因此进气道能起到一定的预压作用,但冲击波位置不适当的话将造成局部压力不均匀,甚至有可能损坏压缩机。所有一般超音速飞机的进气道口都有一个冲击波调节锥,根据空速情况来调节。

通常飞机的进气道位于飞机的两侧或腹部,由于进气道紧贴机身,会受到附面层的影响,因此还会附带一个附面层调节装置。所谓附面层是指紧贴机身表明流动的一层空气,其流速远低于周围的空气,但其的静压要高于周围的空气,形成压力梯度。因为其能量低,不适于进入发动机而要排除。又当飞机进入一定的攻击角度时,压力梯度会有变化,在压力梯度加大的部分将发生附面层分离现象,即本来贴紧机身的附面层突然脱落,形成乱流。乱流是运动不规则的空气流动。但不是说一定不好,在发动机中乱流可以使燃烧过程更充分。


压缩机-


压缩机由固定叶片和旋转叶片组成。一对固定叶片和旋转叶片称为一级,固定叶片固定在发动机的框架上,旋转叶片的转轴与涡轮相连。现在的涡喷一般为8到12级。级数越高往后的压力越大,当飞机在突然做高机动飞行时,流入压缩机前级的空气压力会突降,而后级压力很高,此时会出现空气由后级向前级反向膨胀,造成发动机工作极不稳定的状况,此状况称作“喘震”,这是极危险和致命的事故,会造成飞机发动机停机或甚至损坏发动机。

防止“喘震”发生的2种主要办法:


第一个:

通常喘震多发生在压缩机的5或6级,在此区域设置放气阀,可以使在压力出现异常时及时卸压,避免喘震和危险的发生。


第二个:

将旋转叶片的转轴做成2层同心筒,分别连接前级低压压缩机与涡轮,后级高压压缩机与另一组涡轮,2套旋转叶片的转轴组合相对独立,在压力异常时自动调节转速,就能避免喘震的发生。


燃烧室和涡轮-


空气经过压缩机压缩后进入燃烧室与航空煤油混合燃烧,膨胀,紧接着通过涡轮,推动涡轮高速度旋转。因为涡轮与压缩机的轴承在同一根轴承上,所以压缩机与涡轮的转速是一样的。最后高温高压高速燃气经喷管喷出,以反作用力作为推动力。

涡轮始终在极其极端的环境下工作,对其材料,制造有着极其苛刻的要求。目前多采用粉末炼金的空心叶片,整体铸造,使叶片与叶盘一次铸造成型。制造材料多为耐高温合金材料。


喷嘴-


喷嘴的形状结构决定了最终喷气的气流状态。早期多为采用收敛型喷嘴,以达到增加速度的目的。根据牛顿第3定律,燃气喷出的速度越大,飞机将获得越大的反作用力(即推力)。但是这种方式的增速是有极限性的,因为最终的气流速度达到音速时会出现冲击波,从而阻止气流的速度增加。而采用变动喷嘴(可收敛和扩张)能获得超音速的喷气流。

飞机的机动性主要来之机翼提供的空气动力,而直接改变喷气气流推力的方向可以提高飞机的机动性能。在喷嘴加装空气舵,或可以转动的喷嘴(也称作推力矢量喷嘴,或向量推力喷嘴)可以改变喷气气流推力的方向,从而增加飞机的机动性能。)


加力燃烧市-


在经过涡轮或的高温燃气中依然含有部分未来的及消耗的空气,这样的燃气在继续加入航空煤油后依然能够燃烧,产生额外的推力。所以在发动机涡轮后加装加力燃烧室(又称“后然器”),可以在短时间里大幅的提高飞机的推力,增加飞机的动力。一般情况下使用后燃器能短时间内将飞机的推力增加50%,但耗油量是惊人的,通常仅在起飞和在做激烈空中缠斗时使用,不做与超音速巡航用。


使用情况-


俄系,Mig-27是俄罗斯最后一款使用涡喷发动机的战斗机,其后设计的战斗机都使用涡扇发动机。

MiG-27使用的Khatchaturov R-29B-300


涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明


涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明


美系,F4和F5使用的涡喷发动机,其后美国设计的战斗机都使用涡扇发动机。

F-4B使用的General Electric J79


涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明


涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明




涡轮风扇发动机


涡轮风扇发动机(Turbofan,又称涡轮扇发动机,简称涡扇发动机)是航空发动机的一种,由涡轮喷射发动机发展而来的。目前新型喷气机大多使用涡扇为发动机。


一个典型的涡扇图解(箭头为气流方向):


涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明


1-进气道

2-风扇

3-低压压缩机

4-高压压缩机

5-环形燃烧室

6-高压涡轮机

7-低压涡轮机

8-喷嘴

9-低压轴

10-高压轴


涡扇与涡喷比较,主要的特点和区别是其首级压缩扇叶的面积大很多,除了作为压缩空气的作用外,同时有具有螺旋桨的作用,能将部分吸入的空气通过喷射引擎的外围向后推。发动机的核心部分空气经过的部分叫做“内涵道”,仅由首几级风扇吸入经过核心部分外部通过的叫做“外涵道”。


涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明


单位时间内不经过燃烧室的空气质量(外涵道),与通过燃烧室的空气质量(内涵道)的比例称作涡扇的旁通比(Bypass Ratio)。旁通比为0即使涡喷。旁通比高的发动机耗油量较少但推力与涡喷相当,而且工作时较声响低得多。民航客机,运输机和轰炸机所使用的涡扇,要比战斗机使用的涡扇的旁通比高,主要的原因是战斗机的发动机横截面较小(比较细),旁通比高意味着横截面大,在高速飞行时阻力更大。另外在超音速飞行时的推力主要靠纯喷射燃气(经过燃烧室的空气,内涵道)来推动,所以战斗机使用的涡扇的旁通比较低,通常小过1。


目前只要设计上需要,涡喷发动机能达到的技术指标,涡扇发动机几乎都能达到。但与涡喷发动机相比,涡扇发动机效率更高,油耗低,能够获得较大的推重比。唯一可以说得上的不足处是涡扇发动机的横截面要比涡喷发动机大(体积相对大一点)。


使用情况-


俄系,在Mig-27后设计的战斗机都使用涡扇发动机。

Su-27使用的Saturn/Lyulka AL-31F


涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明


涡轮喷射发动机和涡轮风扇发动机的详细说明


美系,在F4和F5后设计的战斗机都使用涡扇发动机。

F-16使用的F110-GE-100


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 以下是引用a4878522 在第73楼的发言:
WS-15是什么发动机呢?

WS=涡扇,wo shan。明白?

81楼ouychp

以前我看帖很傻,只看帖不回帖,看到论坛里好多比我后注册的人都成长老了,我才后悔莫及,于是我保存了这段话,每看一贴就复制黏贴,慢慢的,我也能成为长老了

82楼ouychp

真的挺不错哦

 以下是引用iamzq 在第58楼的发言:
 以下是引用重皿 在第54楼的发言:
 以下是引用dzsking 在第53楼的发言:
涡喷还是有它的生命力的,为什么歼8-2依然用涡喷?因为它是用在2万米以上,进行高速截击的,属于拦路打劫给你一下子就跑,这样的环境必须用涡喷。

我好象听说涡扇发动机的节油效率跟输出功率的百分比有关 推力降低时才更节油

换句话说满车状态也差不多 。。但是发动机不可能一直满车状态,所以节油我还是认同的


那可不可以将冲压发动机(应该是你们说的脉冲发动机)整合到涡喷发动机里形成涡喷-冲压发动机

飞机起飞时用涡喷模式加速到可以启动冲压发动机的速度然后改为冲压模式

这样应该能减小截面还能回避高速飞行带来的发动机踹震


不好意思语文学的不太好 也不能说的太清楚心里的想法


这样的发动机是有的,叫做“变循环发动机(variable cycle engine)”。


我在发表的帖子“下一代的发动机“变循环发动机”(涡喷+涡扇+冲压发动机)

- http://bbs.tiexue.net/post_4787825_1.html”,

里解释。


现在美国和中国都在搞的是wp+cy,ws+cy没看到过相关的文献哦.wp+cy应该是未来超音速的一个发展方向,单纯ws已经发展到头了,潜力不大.


j20的最终装备的发动机就将是wp+cy,而不会是ws15,ws15是为沈阳的四代配套的,因为两机的侧重点和任务不同!

真的挺不错哦

(该帖子发自铁血军事Android手机客户端)

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