[原创]科普:为什么C-130用的是螺旋桨驱动


随着航空航天技术的发展,我们已经很少看到螺旋桨飞机的身影,以至于螺旋桨飞机几乎成为落后技术的代名词,那么事实是否如此呢?


其实不然,一架飞机选择何种驱动方式是与飞机承当的任务相关的。战斗机需要高度的机动性能,选择涡喷发动机是必须的。但一架运输机选择涡喷发动机,则会直接导致运输效率的丧失,油耗的攀升。这个不是技术先进性与否的问题。


目前领先的运输机中,C-130是焦点,它采用的就是4台螺旋桨发动机。我们来对比一下涡喷发动机与螺旋桨发动机的不同就可以知道,C-130的选择是正确的。


涡喷发动机前进气,通过喷射高温混合燃气获得向前的推进力。五代机的发动机系统基本都采用二次燃烧获得高速喷气流,达到超音速巡航飞行。在六代机中,要求第一燃气推进就要将飞机加速至超音速转态,该技术被称为Supercruise。五代机中的强者F-35闪电II型战机也未配置该技术。在未来几年中,RR发动机将会研发出具备SuperCruise技术的引擎,以此作为五代机向六代机转型的一个跳板。


涡轮螺旋桨发动机包括压缩机,燃烧室和涡轮。从结构上讲与涡喷发对机最大的区别就在于没有第二加压燃气室和如何使用压缩燃油混合空气。涡轮螺旋桨发动机中压缩燃油混合空气被用于驱动涡轮机,产生能量来驱动压缩机工作,从而带动曲柄旋转螺旋桨产生动力。这里没有二次的能量开销,因此在能量利用效率上要远远高于涡喷发动机。

C-130使用的涡轮螺旋桨发动机为RR公司的T56发动机。这种新型的涡轮螺旋桨发动机体积大幅缩小,以提高曲柄单位时间的转速,从而带动螺旋桨高速旋转,获得飞行速度。在螺旋桨的空气动力学表现上,RR公司采用了前缘后掠的弯刀型设计,也就是俗称的profan。该设计已被RR公司申请专利。


从上面的解释就可以看到,涡喷发动机,涡轮螺旋桨发动机没有什么先进、落后的说法,只是适用的范围不同。

涡轮螺旋桨发动机速度没有优势,在快速战略部署能力上就有了欠缺。因此新一代运输机中,涡喷机有取代螺旋桨发动机的趋势。

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螺旋桨发动机有几个特殊优势。

其一是低空性能好,螺旋桨的性能会随高度增加而快速衰减,但是在低空时,空气密度大,螺旋桨工作效率高,因而对提高飞机起降能力有很大帮助,对于强调短距起降的C130战术运输机来说,这个好处很大。

其二是机场适应性好。由于螺旋桨发动机没有巨大的进气道,对跑道上的杂物不敏感,因而在野战机场甚至平坦空地起降时发动机不会吸入异物损坏。

其三是短途飞行经济性好。这一点也部分来自第一条,即螺旋桨动力低空性能优秀,飞机在爬升阶段油耗低,因而在中短途飞行时总油耗比较低,但是航程大到一定程度,由于高空巡航时螺旋桨效率大幅度减低,经济性又不突出了。目前看法是螺旋桨动力在1000公里以内航程时经济性优势明显,1500公里航程后基本持平,航程大于2500公里后,涡扇经济性优于螺旋桨动力,而C130作为一种中短程战术运输机,航程要求不是太高,螺旋桨动力较为合适,对于那些对航程要求比较大的运输机来说,则基本都选择涡扇了,比如C5、C17。

其四是螺旋桨发动机实现反推简单,通过调整桨叶角度实现反浆反推,可以大幅度缩短降落跑道长度,这对前线运输机来说也是很重要的,涡扇机的反推效率没螺旋桨高,实现起来难度也大一些。


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