天天看点

【涡轮风扇发动机的优点】商用大涵道比单级风扇的涡扇勾优点就是燃油效率高,热机效率三部分组成:燃烧室效率+内效率+外效率。

作者:王皓南

【涡轮风扇发动机的优点】

商用大涵道比单级风扇的涡扇勾优点就是燃油效率高,热机效率三部分组成:燃烧室效率+内效率+外效率。

燃烧室效率就是这些油能烧出这么多热,实际烧了多少出来,而民发的核心机(高压压气燃烧室高压涡轮)甚至直接来自军发所以跟军发一样。

内效率是油烧出来的热量能带来多少做功(驱动涡轮和喷气推进)。这个值在没有加力燃烧室的发动机(也就是战斗机发动机)和总压比正相关,这也就是为什么商用航发的压比越来越高。此外还与涡轮前温度与环境温度之比呈正相关,这是为什么商用和军用发动机都在追求提高涡轮前温度,这对涡轮冷却系统和涡轮材料,涂层提出了诸多挑战。

外效率是排气排出去这些动能带来了多少前进的能量。而这个东西跟排气速度成逆相关,也就是排气速度越接近进气速度外效率就越接近100% 当进气和排气速度一样的时候 外效率100% 当然这时也不会产生任何推力。

那么提高效率最好的解决方案就是降低排气中的废热 用这部分能量来推动越多越好空气而这部分空气被“推”了以后的速度越慢越好。换句话说,提高涵道比,更温柔的推更多的空气。

图2横轴是涵道比,纵轴的Bs(红)是每秒单位推力的油耗。

当然涵道比也不能无限增加,大涵道比也带来了很多劣势比如机翼离地间隙,重量,迎风面积,发动机外壳风阻。而且双轴架构航发的风扇与低压涡轮转数矛盾,Leap应该是传统双轴架构商发的极限涵道比了。

军用涡扇发动机:亚音速飞行更高燃油效率,加力燃烧室开启时更大的推力提升潜力。

上文写的一样,军发也得稍微追求一点燃油效率,要不然作战半径太受限。也就用了涡扇,可是大涡扇迎风面积太大,重量太大,等等。无法超音速飞行,无法激烈的大过载机动。

所以工程师选择了小涵道比,但是更大压比的多级(一般为3级)低压压气,被低压压气机压过的核心气流,一部分进入内涵道,压缩点燃做功。一部分进入外涵道,在低压涡轮后部,内外涵道气流混合。(其实这么说不特别正确,也不是工程师选择了小涵道比涡扇,本来涡扇开始就是多级风扇,小涵道比,包括商用涡扇,比如普惠从JT3C做的JT3D,3级低压压气换成2级叶片更长的低压压气,开了个外涵道)。

这也就是内混式涡扇,然后因为灼热的核心废气被相对冷的外涵道气流冷却,混合气温度降低,进入加力燃烧室的时候,可以喷更多的油,把混合气流烧到氧气完全燃烧,然后经由可变超音速推力喷管喷出。因为加入燃烧室以后在发动机核心部位没有金属零件了,所以可以完全燃烧,假如在主燃烧室完全燃烧,那高压涡轮会瞬间融毁。

战斗机的发动机总压比远低于商发,不光是有结构重量考虑,还有在战斗机超音速飞行时,不管是进气锥还是进气道都可以提供一定(甚至很高的)压缩。详见:最优雅又最野蛮的动力——SR71黑鸟的心脏普惠J58。

假如一台飞机只考虑超音速飞行的话,是不会用涡扇的,比如协和的动力Olympus593,双轴涡喷配加力燃烧室。

【涡轮风扇发动机的优点】商用大涵道比单级风扇的涡扇勾优点就是燃油效率高,热机效率三部分组成:燃烧室效率+内效率+外效率。
【涡轮风扇发动机的优点】商用大涵道比单级风扇的涡扇勾优点就是燃油效率高,热机效率三部分组成:燃烧室效率+内效率+外效率。
【涡轮风扇发动机的优点】商用大涵道比单级风扇的涡扇勾优点就是燃油效率高,热机效率三部分组成:燃烧室效率+内效率+外效率。