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下一代飞机的核心动力,什么是变循环发动机 [复制链接]

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评价一个飞机发动机好不好,你首先会看它推力大不大,咱装发动机的目的不就图它劲儿大嘛。另外呢,在推力大的基础上,还会追求个省油。对于战斗机,装一箱油,派你去打仗,结果还没飞到地方,油烧完了,那不就尴尬了吗?对于民机,更看重这个省油,发动机太费油根本卖不掉。

但是,问题出现了,推力大和省油,它俩是矛盾的。为啥这么说呢,给你看俩公式。有人说公式多一条,观众少一半,但是看公式确实是最直观的,你忍一下。

W是发动机流量,C1是发动机出口气流速度,C0是飞机速度。那么推力F是:

也就是发动机出口速度越大,推力越大。

但是效率呢,是这个:

看看,发动机出口速度C1越大,它的效率越低。是不是尴尬了,你想要大推力,那效率就低了。

涵道比越大,发动机出口速度就越低。*机追求个大推力,费点油没事,所以*用发动机的涵道比比较小,像F22的发动机F,它涵道比只有零点几,几乎就是个涡喷;民用涡扇发动机的涵道比就大多了,可以达到10。

不只是*民发动机对涵道比的需求不一样,同一架飞机它不同情况下对涵道比的需求也不一样,尤其是战斗机。比如起飞和格斗时,更需要大推力,这时候就适合小涵道比;在巡航阶段,就要追求省油了,更适合大涵道比。那如果弄一台发动机,把它的涵道比设计成可变化的,该使劲儿就用小涵道比,该省油就用大涵道比。可以说飞得又快又远,是不是很带劲儿?就好比苏炳添有了吕小*的力量,吕小*有了苏炳添的速度,那不得起飞喽啊。涵道比可以变化的发动机,就是变涵道比发动机。

那涵道比它是咋变的?说变涵道比之前,咱先简单看看普通发动机长什么样,一比较你就知道了。普通的涡扇发动机,空气流进去之后,会被分成两部分,一部分流过前面的大风扇,被风扇稍微压缩之后,就喷出去。这一部分,在外面,只是在发动机外面那一圈蹭蹭,没进去,所以叫外涵道。另一部分呢,会通过低压压气机和高压压气机,被压气机压缩之后,进到燃烧室,然后喷点航空煤油,点火燃烧,烧了之后再通过涡轮,做功之后被喷出去。这一部分相比外涵道,更加靠近中心,所以叫内涵道。很显然,内涵道喷出的气它速度、温度都要比外涵道高很多很多。

简单总结,普通的发动机,它里面的空气流道,就俩。变循环发动机就洋气了,它又多加了一个流道,也就是它有三个流道,内中外三个。外面的流道,还是只通过那个大风扇;中间流道,通过低压压气机之后,也排出去了,不再进高压压气机;最里面的流道,也和原来的一样,去烧油,还是动力之源。中间和外面两个流道前面,各装一个门。这俩门全打开,就是最大的涵道比,最省油;全关闭,就是涡喷,劲儿最大。或者一个开一个关,一个开一半,另一个全开,反正你爱怎么搭配怎么搭配。

这么一整之后,发动机调节空间就大多了,也好用多了。据说,完成相同的飞行任务,能省油20%多,飞机装上这种发动机,亚音速飞机航程能增加30%,超音速飞机航程能增加40%。

这种东西,和普通发动机一样,看似原理简单,但是想做出来简直难如登天。其中一个方面,整这么复杂,这么多零件,在高温高速的环境中,容易坏,可靠性很难保证。还是那句话,越简单的东西越可靠,最简单的秤砣,能送走三代老头。

那这种发动机现在都用在哪呢?目前一个都没有。但是未来肯定会有,首先用在战斗机上。下一代战斗机,如果不装个变循环发动机,你开出去见人都不好意思给人打招呼。其实除了战斗机,民航客机以后也有可能装,无非就是晚几年。在苏联把自己的超音速飞机图,当着全世界的面在航展上摔了之后,在英法的协和客机退役之后,人类已经几十年没有再弄出来过超音速客机了。天天喊着更快更高更强的人类,难不成就永远这么慢下去了吗?这都没脸面对列祖列宗啊!显然不会,不过是在等一个机会。

协和超音速飞机为啥会退役,一个主要原因就是太贵。为啥太贵,因为它用的发动机是涡喷的,不是涡扇,还带加力燃烧室,而且还装了四台。具体多费油呢,从滑跑到离地,2吨油就没了;从离地加速到巡航速度,能用一半油,将近50吨。这么贵,一般人坐不起的,都是社会名流。不光费油,噪音也大,除了超音速产生的激波有噪音,涡喷发动机噪音也比涡扇大很多,就是因为喷出的气体速度太快。

目前研究变涵道比发动机最领先的,还是美国,在70年代就开始了。而且GE公司的变循环发动机YF,差点装在美国的F-22上,只是竞标失败了。

补充一下,要真论起来,变循环发动机这个“变”不是只变涵道比。它变的种类可多了,只是变涵道比最常见。其实只要是工作模式能变化的,都算变循环,比如带加力燃烧室的,加力燃烧室一开,就算变循环了。

人类最有名的变循环发动机,我觉得应该是普惠公司的J58发动机,装在SR71黑鸟飞机上,这个飞机是年首飞的。J58发动机的变循环,不是变涵道比,而是在涡喷和冲压两种模式之间变。在亚音速,它是涡喷。超音速之后,通过这几根粗管子,就变成了冲压发动机,发动机里面最简单粗暴的一种。

这个洋气的变循环发动机就介绍到这了,带你认识一下未来二三十年可能都不会见到的东西,没啥用,但是如果你能坚持看到最后,和邻居吹牛逼又有了新素材,赶紧点个赞!

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