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我国正在测试的涡扇-20发动机

近日,网上出现了我国伊尔-76发动机空中试验车的图片,从中可能清楚的看到它翼下有一部发动机的直径明显要大于其他发动机,有消息指它就是国产涡扇-20高涵道比涡扇发动机。

对于涡扇发动机来说,直径越大,意味着涵道比越大,同时也意味着推进效率也越高。因此可以确定国产涡扇-20的性能要优于运-20目前使用的发动机,如果换装将会有效的提高运-20的性能。

所谓涵道比即涡扇发动机外涵道与内涵道空气流量的比值。内涵道的空气将流入燃烧室与燃料混合,燃烧做功,外涵道的空气不进入燃烧室,而是与内涵道流出的燃气相混合后排出。外涵道的空气只通过风扇,流速较慢,且是低温,内涵道排出的是高温燃气,两种气体混合后降低了流速与温度,能够降低噪声,增加推力。因此对于涡扇发动机来说,涵道比越大,不开加力推进效率越高,耗油率越低,另外由于外涵道的存在,对发动机燃烧室、涡轮形成隔热作用,也不利于在飞机上面的安装。

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资料图:涡扇发动机涵道比越大,效率也越高,但是阻力也比较大

不过涵道比越大,也有自己的缺点,涵道比越大,风扇越大,相应的发动机迎风面积就越大,飞行阻力就越大,不加力条件下速度特性不如涡喷发动机,特别是涵道比越大的时候,随着飞行速度大,推力下降较大,所以飞机速度越快,发动机涵道比越低,目前一般将涵道比在4以上的涡扇发动机称为大涵道比涡扇发动机,涵道比越大,发动机的直径越大,飞行包线越窄,所以相应只能适应速度较低的运输机。

目前国产运-20配备的俄罗斯D-30KP-2涡扇发动机,未来可能会换装国产型号涡扇-18,我们可以看到D-30KP-2涡扇发动机的直径较小,因此就可以确定它并不是大涵道比涡扇发动机,根据世界发动机手册,D-30KP-2的涵道比大约在2.4左右,距离大涵道比的4KP -2还是有一定的差距,所以发动机手册将其称为前苏联第一型中等涵道比涡扇发动机。

由于涵道比,那么D-30KP-2的效率也要低于西方大涵道比涡扇发动机,根据发动机手册的数据,D-30KP-2的巡航耗油率大约在0.72公斤左右,而西方推力与之相近的CFM-56涡扇发动机,它的涵道比大约在5以上,巡航耗油率大约在0.6公斤左右,显然后者的效率要高的多。

发动机油耗的增加,直接影响飞机的航程,根据航程布列盖公式,飞机航程大约等于巡航升阻比*飞行器速度/发动机油耗*(飞机起飞重量/燃料用尽时重量的对数),由此可以看到飞机的航程与发动机油耗呈现反比,也就是发动机油耗越大,航程越小,也就是说即使飞机其他性能不变,仅仅将伊尔-76发动机更换成CFM-56涡扇发动机,就可以将大致将航程提高1.2倍左右。

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资料图:伊尔-76采用的D-30KP-2涡扇发动机

前苏联在研制D-30KP-2的时候,主要因为当时材料与工艺有限,所以才会将涵道比选择的较小,这样风扇较小,对于材料及工艺要求较低,80年代根据新一代运输机发展的需要,前苏联研制了PS-90A涡扇发动机,它的涵道比在5左右,巡航耗油率降低到0.6.其性能比D-30KP-2要好的多,该发动机也发展出了PS-90A-76涡扇发动机,用于伊尔-76的升级。

我国在发展运-20发动机的时候,由于航空发动机工业基础比较薄弱,所以采取了比较稳妥的发展方针,既先仿制D-30KP-2涡扇发动机,前面说过由于它是中等涵道比涡扇发动机,风扇直径相对较小,对于材料及工艺要求较小,所以比较适合我国当时的情况,虽然发动机相同,但是运-20采用了比较先进的气动布局,例如它采用了超临界翼,因此它的巡航升阻比要高于伊尔-76,所以它的航程还是要优于伊尔-76。

不过如果能够换装更先进的发动机,那么运-20的性能可以更上一层楼,众所周知,我国FWS-10涡扇发动机的核心机与CFM-56相同,因此利用它的核心机可以发展出一型与后者性能相同的大涵道比涡扇发动机,这样就以有效的提高运-20的性能,首先是发动机推力增加,这样以同样起飞推重比条件下,就可以增加运-20的最大起飞重量,从而增加飞机的载荷,相应的飞机的载油也可以增加,从而增加飞机的载油系数,增加发动机的航程,另外发动机的油耗降低,可以进一步增加飞机的航程,这样就可以有效的增强运-20的性能,更加充分的发挥出运-20在气动、材料及结构方面的优势。

另外我国也在发展C-919这样的民用客机,目前它使用的是国外发动机,因此未来也需要国产大涵道比发动机来降低对国外发动机的依赖,通过运-20可以积累国产大涵道比涡扇发动机运用经营,为国产民用客机动力系统国产化打下坚实的基础。(作者署名:小飞猪)

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资料图:涡扇-20的性能与CFM-56相近

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干货:浅析运20国产涡扇发动机

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