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形状像花的奇特发动机?只有乌克兰在用,欧美纷纷放弃

作者:逆火不息

这样的花瓣状发动机大家都没见过吧!各位都乘坐过各种各样的民航机,甚至家里都有一两架公务机随时待命。但是涡桨涡扇发动机随处可见,这种看起来漂亮且迷人的发动机还真不多见,因为全世界应用的飞机很少,最著名的就是几乎没有前途的安70,这就是优点颇多的涡轮桨扇发动机,一般简称桨扇发动机。

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奇特好看的桨扇发动机

民航客机一般都会使用大涵道比涡扇发动机,简单来说就是首级叶片的直径很大,气流分为内外两个涵道,推力由燃气和外涵道的压缩空气共同提供,因此大涵道比涡扇发动机的推力往往很惊人,比如性能垃圾但是总推力比运20还大的日本C2运输机。

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C2是运输机之耻

那么军用运输机另外一种常见的涡桨发动机又是什么原理呢?涡桨发动机的本体一般被称作是燃气轮机,和直升机上常称作的涡轮轴发动机以及舰船和坦克上的燃气轮机是一回事,而且核心机和喷气式发动机是一样的。那不一样的在哪呢?坦克的燃气轮机以及直升机的涡轴发动机都是由核心机产生机械能,再由变速器或者叫减速器驱动旋翼或者履带主动轮以及螺旋桨。

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现在国际上对所谓的桨扇发动机并没有特别明确的定义,为了简单理解,我们认为结构上类似于取消涡扇机的外壳同时使用先进大直径螺旋桨的发动机就可以称作是桨扇发动机,而不是根据有无变速器来判断。如果把涡桨发动机的叶片直径做的特别大,叶片形状更大效率更高,那么也可以认为是桨扇发动机,桨扇就是涡桨plus,Pro,max等。

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早期的桨扇发动机就是上述的定义,GE公司曾经有Unducted Fan概念,在NASA概念的基础上进一步激进设计,连变速器齿轮都没有,直接在主轴后面安装了两个大直径而且叶片很弯曲也很薄的先进叶型共轴反转螺旋桨,等于说简化了结构并且降低了重量。从外表看起来它很像涡扇发动机加了两个螺旋桨,而维基百科的定义也是这样,那就是没有变速器齿轮。

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GE36就是上述概念的产品,研制于上世纪80年代,测试飞机是后置发动机的波音727飞机。发动机本体是著名的F404,外壳部分最大直径为1.94米,尾部的两个螺旋桨前后直径分别为3.35和3.25米,,前桨10片桨叶,后桨为8片。整台发动机的干重为2.7吨,能够产生110千牛的最大推力,而改进型号可以将推力增加到133千牛,比原型F404要强大得多。

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其叶片由复合材料制造,非常薄而且后掠角度大,单片桨叶的重量在10千克左右。工作的时候叶片的转动速度为每分钟1393转,在727上测试的时候可以保持0.83马赫的巡航速度,而油耗低于同类发动机,等于说GE36既有大推力和高巡航速度,同时经济性和维护性也不错。

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当时的油价很高,波音便打算开发代号为7J7的短途窄体客机,以经济性作为卖点,搭载的就是GE36。不过除了飞机本身的问题之外,油价下跌导致燃油经济性并没有那么重要,而使用全新类型的发动机又会造成潜在的成本增加。因此随着7J7计划瓦解,欧美对桨扇发动机的热情也冷了下来,省油用涡桨,低端用活塞,中高端那就上好的涡扇。

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我们之前说到过波音747,747家族最知名的就是400,其实747还有过500X的概念,波音计划为747换用更新的机翼,同时为了经济性换装大型桨扇发动机,500X的最大起飞重量已经达到了450吨,超过了C5和安124,航程更远运载能力也更高,但是此类发动机的先天问题以及巨型客机的吸引力下降导致波音没有足够的兴趣研制新飞机。

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没有问世的747-500飞机

桨扇发动机的问题也浮现出来,主要集中在三个方面,新事物不够成熟,桨叶设计难度高,同时噪音极大,导致民用机基本不会涉足。那么问题就来了,有多少搞不定的问题被苏联人攻克成功,民用受限制,给军用飞机使用不就完了,新事物可以变成成熟的老事物,设计难度高也可以攻克,噪音那不更简单?

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安70是唯一量产使用桨扇发动机的飞机

苏联在80年代开始设计安70运输机,为了提高飞机的性能,使用的就是D27桨扇发动机,也是全世界唯一一台量产的桨扇发动机。D27的原型是D36涡扇发动机,安装对象主要是安72和安74等,这是一种中小型的涡扇发动机,改成桨扇发动机后,在前部安装了两个大直径的薄叶片螺旋桨,型号为SV27,直径达到了4.5米,能够产生13800马力的功率,非常适合安70使用。测试的飞机是伊尔76,能够明显看到它巨大的叶片直径,相比于D30发动机非常悬殊,要知道一般客机的机身直径都没这么大。D27的核心机部分和D36基本一样,但是加装了行星减速齿轮,8片桨叶的前螺旋桨接受一大半的功率,后桨为6片桨叶,只有一小半功率,螺旋桨的重量达到了1.1吨,整台发动机的干重也才有1.65吨。

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起飞的时候转速为1000转,结合安70的襟翼能够产生相当大的升力,这也是安70运载能力强悍的一大原因,而到了巡航状态,转速降低到了850转每分钟。前面说到的噪音问题也得到解决,两个螺旋桨的间距从原来的0.6米增加到了0.9米,看,还是有能力解决的嘛!

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安70充分的表现出了桨扇发动机的优越性,传统印象当中苏联飞机费油暴力的形象在安70这里压根就不存在,各项性能都胜于A400M。如果俄罗斯和乌克兰没有矛盾继续当兄弟,那么很多俄罗斯飞机都将使用这款桨扇发动机,不存在什么桨扇发动机不够好所以没人用之类的问题。

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发动机叶片直径几乎和机身直径一样

回到开头的内容,D27是桨扇发动机,但是它和涡桨很接近,连外形也类似,所以桨扇应该被称作是超级涡桨发动机,解决了涡扇和涡桨的部分问题,的确是一种值得推广的发动机。只是安70没有前路可言,各个飞机公司对桨扇发动机缺乏热情,桨扇发动机基本上没有未来了。

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