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  • 21 # 梁老師說事

    航空發動機推力達到二十二噸,這說的,目前航空發動機的推力是可以做到五十多噸的。

    這臺發動機就是美國通用電器公司製造的GE90—115B,根據資料顯示,GE90—115B甚至可以做到,在地面測試的時候,突破五十八噸的推力。

    那麼這個問題為什麼要問二十二噸的推力呢?而且問題的意思,貌似做出二十二噸推力的航空發動機非常的了不得似的。

    估計這個問題問的是,戰鬥機的航空發動機推力達到二十二噸是什麼概念?

    說道這裡,問題就來了,難道戰鬥機的航空發動機很難做到二十二噸的推力?那麼GE90—115B又是怎麼回事?

    沒錯,戰鬥機的推力很難做到二十二噸,而GE90—115B是為民用航空研發的。

    一說到這裡,其實已經很明白了,戰鬥機的體積不可能做太大,而民用航空使用的發動機,本身體積就大,裝個大個的航空發動機一點問題都沒有。

    所以航空發動機可以很輕鬆地做出大推力的發動機。

    如果從專業的角度來回答這個問題,這就需要知道一點知識了。

    航空發動機的推力大小,其實和三個因素有關係,進氣量,涵道比,渦前溫度。

    渦前溫度先放在一邊,就說這個進氣量,飛機個頭越大,自然而然進氣量就小不了。

    民航使用的發動機,都是掛在機翼上的,個頭一個比一個大。

    就說這個GE90—115B的外直徑就可以做到三米四三,就這個至今,輕輕鬆鬆的能站進去一個人,世界上最高個頭的人也就兩米七二而已。

    然後就是涵道比,涵道比其實還是和航空發動機的個頭有直接的關係。

    比如GE90—115B它的涵道比可以做到十,而戰鬥機的涵道比都是不過一的,只有零點幾而已。

    所以單就這兩項,直接就限制住了戰鬥機的推力,根本就比不過民航使用的航空發動機。

    畢竟戰鬥機,要是真搞一個大口徑的發動機,推力是上去了,可也容易被對手的雷達照到。

    到時候,就算是推力大,想跑都跑不了。

    那麼接著就說說二十二噸的推力,到底能幹點什麼?

    比方說,空客A320使用的CFM56航空發動機,它的推力只有十五噸。

    但就這個推力,如果對著一輛箱式卡車,就這麼一吹。

    箱式卡車就像遭遇了龍捲風一樣,連跟頭帶翻滾的,直接就被吹出去老遠。

    那麼上文提到的GE90—115B航空發動機,有著突破五十八噸的推力,這要是在發動機的後邊放上一輛集裝箱式的貨車,前後也就五六秒的時間,直接就能掀翻這輛集裝箱式的貨車。

    所以有些人說,如果是二十二噸推力的航空發動機,就算是裝到一輛卡車上,都能這輛卡車送到天上去。

    這個說法雖然有誇張的成分,但也能說明,如果戰鬥機使用的航空發動機推力達到二十二噸,絕對是一個相當恐怖的進步。

    那麼現在有沒有這種推力達到二十二噸的,戰鬥機使用航空發動機?

    還真就有。

    推力達到二十二噸的戰鬥機用航空發動機。

    這就是美國的軍用航空發動機F—135,這款發動機主要裝備在美國的F—35飛機上。

    對於這款發動機的吹捧有很多。

    最簡單地回上說一句世界上最先進的軍用航空發動機,說大一點世界航空史上的奇蹟,登峰造極什麼的。

    那麼接下來就說說這款F—135發動機的優缺點。

    要說F—135發動機就必須提一下F119發動機。

    早在上個世紀的時候,F—15戰鬥機的發動機就有毛病,所以F—15就有趴窩機的稱呼。

    那麼後來美華人就開始對航空發動機這一塊進行了大筆的投入,結果還不錯。

    最終他們就在第四代發動機上,研發出了F119發動機。

    F119發動機的特點相當不錯,比如單位流量的推力每一千克每一秒就可以推出一百三十牛的力量,推重比更是超過了十。

    最為重要的是F119發動機還可以提供短距離起降的能力,所以F119發動機本身的推力就特別的大(是一般發動機的三倍推力),而且這股推力相當的穩定,所以飛機的速度性保持的相當好。

    在不加力的情況下,都可以讓飛機保持超音速巡航。所以F119發動機就算是不加力的情況下,都要比第三代發動機加力的狀態下還要好。

    所以F119發動機可以說是一款帶有跨越性質的發動機。

    說一件例項就明白了。

    比如F—22在裝備了兩臺F119發動機的情況下,就具備了不開加力的十號,以超過一點四倍音速的速度做持續飛行的能力。

    就這種速度,在接近作戰區域之後,保持這個速度,利用高速破掉對方的防空體系,也不是不可能的。

    而且持續飛行的一個特點就是,消耗燃油少,這就意味著F22具有了更長時間的戰鬥力了。

    不僅速度上去了機動性也不錯,還具備著全許可權數位電子控制系統,可以做到飛/推的綜合控制。

    雖然F119發動機高科技含量不少,但這款發動機的耐久性比一般發動機更好,工作強度也低,這對地面後勤人員是一大福音。

    據說可以讓保障裝置減少一半,而對發動機定期維護的時間更是少了四分之三。

    這不僅是以為F119使用的材料好,也是以為F119使用的部件比一般的發動機要少40%的原因。

    那麼面對如此好的發動機,美國為什麼又動了心思,研發F135發動機呢?

    其實發動機的研發推動是和戰鬥機的研發有一定的關係。

    早在上個世紀八十年代的時候,美國軍方就開始琢磨起了下一代戰鬥機。

    最終出來的方案是,研發戰術戰鬥機(ATF)和聯合打擊戰鬥機(JSF)。

    那麼這件事推動之後,到了九十年代的時候,其中的聯合打擊戰鬥機有了眉目了。

    所以到了1993年的時候,美國的國防部就開始論證這個聯合打擊戰鬥機。

    當時美國國會也在推動這件事。

    說到這裡,必須說一句,這很難得的。

    因為自從蘇聯解體之後,美國在各方面削減軍費,所以當時美軍準備研發的,甚至包括再研發的都被砍掉了,以至於逼得美軍當時,把多個專案往一個專案上合併,以期能矇混過關。

    那麼美國國會能在聯合打擊戰鬥機這個專案上放行,確實是難得的。

    於是在1993年底,美國國防部就要求當時的波音公司和洛克希德. 馬丁公司,一塊參與到聯合打擊戰鬥機的研發競爭中。

    那麼配套的發動機也就分成了兩派,一個是GE,另一個是PW。

    其中GE以YF120為藍本研發了F136發動機,PW就是以F119為藍本研發了F135發動機。

    等到2001年十月二十六號,聯合打擊戰鬥機這個專案的競標結果就落到了洛克公司的專案X—35的頭上了。

    而這個X—35就被正式的命名為F—35聯合打擊戰鬥機,這款戰鬥機包括了三個型號。

    那麼洛克公司的F—35之所以能夠這麼容易勝出,原因就是它的F135發動機確實優秀。

    畢竟F135是在技術成熟,而且效能突出的F119發動機的基礎上研發出來的。

    透過稽核之後,F135發動機,在2003年九月份就完成了第一臺發動機的組裝。

    到了十月份就進行了地面測試,十一月份,就開始了第一次的加力試驗。

    2008年的十一月二十五號,F135發動機就完成了超音速飛行,據說當時最高的速度可以達到一點零五倍音速。

    其實早在2007年底的時候,F135發動機就彎沉了三千六百小時的方案驗證試驗,八千五百小時的系統驗證試驗,以及四千三百小時的垂直飛行推進試驗。

    F135發動機的優缺點

    話說F135發動機其實說到底就是F119發動機的衍生型號,所以這兩款發動機使用了相同的核心機。

    其中F119發動機使用了三級風扇,六級高壓壓縮機,F119的發動機的結構可以說是做到了目前航空發動機的頂端了。

    那麼脫胎於119發動機的F135發動機,是要迎合F35戰鬥機的,所以F135的針對性比較強。

    為了加大推力,就增加了發動機的空氣流量,並提高了涵道比,加強了發動機的工作溫度。

    為了讓F35具有更加優異的短距離起飛,以及垂直的著陸能力,在STOVL型上增加了升力風扇,三軸旋轉噴管,滾轉控制噴管。

    其實使用的三級風扇,和F119發動機相比,截面的面積增加了10%到20%,而壓氣機基本上沒有變和F119是一樣的。

    超冷高壓的渦輪轉子葉片和導流葉片,不僅使用了計算流體力學的方法進行的設計,還採用了高溫材料鑄造。

    關於這一點,美國還在改進的F119發動機上得到了驗證,在提高了耐久度的同時,還把工作溫度提高了一百一十攝氏度。

    除此之外低壓渦輪還升了一級,變成了二級。

    那麼這做的結果是什麼呢?

    F135發動機的加力推力變成了一百七十六點五千牛,軍用推力是一百二十七點五千牛,而F135的整體重量卻只有一千七百公斤,長度不到十米。

    不僅如此,F135發動機提供的懸停推力也有一百七十五點三千牛,短距離起飛的推力也有一百六十九點五千年。

    就這些資料,目前為止沒有任何一款實際裝備到戰鬥機的加力式渦扇發動機可以達到的。

    毫不客氣的說,就連F119也是達不到的。

    怎麼麼說呢?F135發動機之所以能夠獲得這樣的推力,不僅僅是材料上的提升,還有美軍在F119發動機的基礎上提升的涵道比增大和迎面截面增大。

    但這樣做的結果就是導致高速新能要比F115發動機下降一截。

    接下來就說說F135發動機的故障。

    比如在2014年的六月十號,美軍的一架F—35B,在飛行訓練的十號,就發生過漏油事故。

    當時F—35上的故障測試系統就提示飛行員,燃油消耗的很快。

    非常幸運的是,這次事故並沒有出現什麼人員傷亡,飛機非常安穩地返回了。

    但這次事故之後,過了三天,美國軍的F35專案辦公室,就要求停飛當時一百零四架戰鬥機全部進行了停飛,目的是排除這個漏油的隱患。

    結果查了好幾天,又發現了有著相同毛病的三架F35B,其後這才讓其他F35恢復了飛行。

    其實這樣的事故有很多,比如早在十六個月之前,當時地勤人員例行對其中一架F35進行檢查,就發現了發動機的第三級低壓渦輪葉片出現了裂紋。

    當然一架出現了,估計是一種偶然現象,但在隨後的檢查中,又發現了好幾架F—35A發動機上有著類似的毛病。

    這就直接導致了F—35全機種類進行了停飛。

    所以說別看F135發動機是一款非常先進的發動機,但是伴隨而來的是,這款發動機還是有著很多毛病。

    那麼為什麼會出現這種情況呢?

    首先不是材料的問題,要知道目前美國的材料學還是比較尖端的。

    而F135使用的風扇,第一級是空心的鈦合金IBR,而第二級到第三級全部使用的是實心的鈦合金IBR。

    所以出現裂縫是技術問題,據說是因為風扇的迴圈應力和顫振造成的結果。

    為了避免以後出現相同的問題,F135發動機以後的第一級風扇也開始使用實心的了。

    所以F135發動機,其實並沒有對外宣稱的那麼好。

    當然,就算是這樣也不能否認F135發動機確實很先進,起碼有些指標,至少從資料上看,還是相當不錯的。

    說道這裡之後,回有些人感嘆一下。

    其實用不著的,如今我們的發動機也是相當不錯的,別的不說,過去一直被詬病的發動機的壽命不長。

    美國發動機動不動一萬兩千小時的,而我們的只有幾千小時。

    最近聽了一則新聞,我們的航空發動機,關鍵性的構件疲勞壽命測試已經超過了五萬小時。

    而且非常重要的一點,現在不僅超過了五萬小時,試驗還沒有停下來。

    這就意味著這些關鍵性構件還沒有達到他們的極限。

    這絕對是一個好訊息。

    估計用不了多久,我們的航空發動機壽命將不再是缺點。

    以後我們可以看看其他還有什麼缺點,需要盯著了。

  • 22 # 詩云歷史

    單臺航發推力22噸有多牛?最接近這個目標的是老美的F135發動機。

    這首先要看,這個航空發動機,是軍用航發,還是民用航發。如果是民用航發,那麼這個22噸推力水平,在民用航發中,屬於不顯山不露水,普普通通的小弟弟的水平。

    因為民用航發中,推力比22噸大的型號,那是挺多的。我搜了一下民用航發排名,嚯嚯,第一名單發推力60多噸,第十名單發推力也破了35噸大關。

    所以,這個航空發動機,如果是民用航空發動機,比如客機上用的那種類似大胖墩,大酒桶的發動機,推力22噸,那是在沒啥可誇的 ,推力資料太一般般了,估計排名在全球三十名了。

    可是如果這個22噸推力,是軍用的戰鬥機航發的話,那就是小牛坐飛機,牛上天了。

    因為目前全世界的戰鬥機航發,推力最大的F135,最新型號單臺推力是19噸左右,用於F35戰鬥機裝機。F35戰鬥機是美軍少有的單發發動機戰鬥機,在此之前,美軍戰鬥機設計偏好使用雙發發動機設計,類似F16,F35這種單發發動機設計是少數。

    同樣採用單發設計的戰鬥機,F35的塊頭卻比F16的塊頭要大出一圈。F16的空重只有8噸多,而F35的空重達到了13噸,最大起飛重量31噸。再把蘇27拉出來比較,蘇27的空重17噸,最大起飛重量也是33噸。

    由此可見,這個F35飛機用的F135發動機,是以單發發動機,扛起了中型戰鬥機的塊頭。其少數資料,甚至堪比重型戰鬥機了。那麼這單臺發動機的效能,肯定要出類拔萃,否則直接搞小點的發動機搞雙發設計,也是不錯的方案。

    F135推力19噸的時候,已經可以讓F35如此牛氣哄哄,那麼可以想象,如果F135的效能進一步提升,哪怕提升一噸推力,也能讓F35戰鬥機的最大起飛重量再提升一截,達到33噸的水平,堪比蘇27了。

    那麼話說回來,相信大家都有這樣的疑問:為什麼不能用巨型發動機,比如用推力60噸的民用發動機來設計一款戰鬥機?這樣戰鬥機效能不就更高了嗎?

    這個我們要從航空噴氣發動機說起。

    上圖是一個渦噴發動機。左前面那七個葉片盤,是壓氣機,發動機工作的時候,它們就在不斷轉動,作用是把進氣口進來的空氣壓縮,產生高壓空氣,輸送到發動機中段的燃燒室。

    在燃燒室內,噴嘴噴油,然後油料在高壓空氣中,點燃之,則油料燃燒,膨脹做功,產生高溫高壓空氣。

    這些高溫高壓的空氣,並不能突破前方的壓氣機從前方溢位,因為壓氣機在源源不斷產生新的高壓空氣進來。那麼這些燃燒產生的高溫高壓氣體,只能向發動機後方走,通過後方的那兩個渦輪盤,推動渦輪轉動,最後這些高溫高壓氣體會從發動機尾噴管排出。

    而渦輪盤透過一根軸和前方的壓氣機葉片連線,所以壓氣機轉動的動力,是高壓空氣噴油燃燒產生的高溫高壓氣體推動渦輪盤產生的。

    這樣,只要源源不斷噴油,這個發動機就能源源不斷向後噴出氣體,產生推力,這就是渦輪噴氣發動機的原理。

    為了進一步增加推力,人們發現,如果給高壓機前方再加個大大的風扇葉片,外面再套個殼兒,這樣大葉片轉動,又能推動一部分空氣從渦輪發動機外部流過,這樣推力會增加,而向後噴出的空氣,是大風扇吹動的冷空氣,和發動機尾噴管噴出的熱空氣的混合氣。

    因為前面加了個大風扇,所以這種發動機,就叫做渦輪風扇噴氣發動機,簡稱渦扇發動機。

    渦扇發動機工作的時候,單位時間內,不流經燃燒室的空氣和流經燃燒室的空氣的比值,就是涵道比。所以,如果前方葉片做得非常大,那麼不流經燃燒室的空氣就多,這款發動機涵道比就大。

    民用航發為了追求更大的推力經濟性,就要求把風扇做得越大越好,所以你看那些民航用的發動機,都是個短粗短粗的酒桶裝,其實就是裝了個大大的風扇葉片。

    風扇做得越大,帶來的後果也是有好有壞。好處是,推力增大,壞處是,發動機橫截面積增大,阻力增加。

    對於現代噴氣式民航機來說,一個圓柱狀鈍頭機身,機翼下吊幾個酒桶狀發動機,飛行時速800公里左右,已經是一個標準了。在這樣的效能區間內,經濟性最好。所以,民用的噴氣式發動機,採用大渦扇,大涵道比的設計,看起來發動機就是短粗短粗的,即使發動機橫截面增大,阻力增加,但是隻要保證我這個民航機只要飛到800公里的時速就行啦。

    對於戰鬥機來說,要求的飛行效能是超音速,所以其發動機設計,就要求小風扇,小涵道比。這樣發動機橫截面減小,其飛行阻力也小,更有利於超音速飛行。

    在戰鬥機航發設計中,渦扇葉片增大會帶來推力增加,但是同時又會帶來橫截面增大,阻力增加。這兩個指標是一對矛盾體。要破解這個矛盾體,設計師們就要精心設計核心機,提高壓氣的壓力,進而提高其燃燒效率,儘量提高渦輪前的燃氣溫度,讓小截面的發動機,發出更大的推力來,這樣來提高推重比。

    所以品讀一下F135的引數,我們可以得出一個推論,那就是,單發航空發動機的推力達到20噸,其橫截面已經達到了1.13米。進一步提高推力的話, 其橫截面積還要增加。

    這樣的橫截面尺寸,已經到了載人戰鬥機的極限了。也就是說,我們並不需要體積特別巨大的戰鬥機,戰鬥機能載兩個飛行員作戰就可以了,像殲20這樣的尺寸,已經是最大的隱身戰機了。

    早期殲20採用了兩臺AL31F發動機,單臺推力大概12噸。兩臺並聯,總推力大概24噸。

    所以,單臺發動機22噸的戰鬥機航發,可以設計裝機的飛機,也就是比殲20小一圈的飛機了。雙臺這樣的軍用航發,產生44噸的推力,用於戰鬥機設計,則戰鬥機要放大再放大,反而帶來體積巨大容易被探測到的弊端,屬於浪費。用於轟炸機型,除非是我們要造類似B1B,圖160這樣的巨型超音速轟炸機,才有可能用到。如果是B52,轟六之類的亞音速轟炸機,也用不上,這種飛機用大涵道比渦扇就行,推力大,省油。

    好了,就寫到這裡吧。

  • 23 # 泰瑪Air

    航空發動機是航空器或飛行器動力的一種統稱,按不同種類的航空器或飛行器的動力分為渦噴發動機、渦槳發動機、渦扇發動機、渦軸發動機等,提問並未明確22噸推力屬哪類航空發動機?

    各種不同種類的飛機裝機的動力大小不同,譬如雙通道遠端幹線飛機CR-929的裝機動力CJ-2000大涵道比渦扇發動機單臺推力為35噸,採用雙發就是70噸,所以22噸推力級別的發動機遠不能滿足CR-929。

    Y-20換裝的WS-20發動機單臺推力為19噸,共4臺發動機共76噸,能負載自重加商載總負荷220噸的磅礴動力;所以22噸推力的航空發動機算是大推力級別的航空器動力,但還算不上是最大的。

    中國高超音速飛行器採用的發動機最大推力已達500噸,以超高音速飛行40分鐘可抵達世界上任何一個目標,當然22噸推力與500噸比較,的確是小巫見大巫了;不過,不同用途的飛機用不同的動力,各有所長。

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