對渦扇式航空發動機問題的探討

關於渦輪風扇式航空發動機幾個問題的探討

作者：AAHawk

　　昨天看到一個網友的一篇帖子就渦輪風扇式航空發動機提出了若干專業型較強的問題，下面我針對其中的一些問題做下探討，希望通過相互交流，能和更多的朋友一起進步！

話題1：

[ 轉自鐵血軍事 http://mil.tiexue.net/ ]

「渦輪風扇發動機從原理上來說並不複雜，只是在渦輪噴氣發動機的基礎上加了幾級壓氣機。但是我國在渦扇發動機上很薄弱，崑崙發動機是國內設計製造的渦輪噴氣發動機，從性能上來說除了翻修間隔和總壽命之外，他可以說是渦輪噴氣發動機中的極品了，那為什麼中國在渦扇發動機上是如此的薄弱（渦扇10剛剛定型，國內所需的渦扇不管是民用還是軍用都有買國外的）到底是設計不出來還是國內的製造業跟不上？」

　　「在渦扇發動機中壓氣機據說是一個很關鍵的東西。這個核心機部件到底是設計難還是製造難？我國能設計製造好的渦噴，但對於渦扇就顯得一籌莫展是不是就是因為在壓氣機上落後國外太多？」

——這裡，我首先要說明的是世界上能完全獨立自主研發、生產製造渦輪風扇式航空發動機的只有美英俄三家；而能自主搞出渦噴發動機的國家也多不出幾個，也就再加個法國，下面就是我們中國了。現在我國「崑崙」系列渦噴發動機已經達到世界渦噴發動機的高端了。

沒錯，渦扇發動機前段壓氣機的製造技術的確是渦扇發動機的技術難點與關鍵，尤其是其相對大直徑的葉片的材料和加工工藝，這點一直是制約我國在渦扇發動機領域取得突破的技術瓶頸。其實我國很多東西不是研究不出來，而是研究出來後製造工藝水平跟不上，生產不出來。另外還有壓氣機的輪軸，和葉片一樣，其總壽命也是一個難點。

話題2：

「渦扇發動機如盡量採用高涵道比是否可以收到增加推力和降低油耗的作用？飛機如不考慮超音速飛行的話，是否應該盡量選用涵道比較大的發動機？渦噴發動機比渦扇發動機是不是更適合高空高速飛行或者超音速飛行？」

　　「渦扇發動機如果採用高涵道比的話，如果自身的最大靜推力足夠大是否可以在不開加力或者乾脆沒有加力的情況下實現超音速飛行？」

——對於前一個問題，答案是肯定的。渦扇發動機採用大涵道比是可以收到增加推力和降低油耗作用的，但是它有一個制約，那就是速度。這是一對矛盾，由於固有機械原理與空氣動力學原理的制約，隨著涵道比的增大速度的增量在減小，涵道比越大相應的阻力也就越大，所以我們看到採用大涵道比渦扇發動機的飛機一般都是民用亞音速客機，而戰鬥機的渦扇發動機一般都是小涵道比，為的就是在效率和速度上找一個平衡。我們還可以看到，採用渦扇發動機的飛機一般都飛不快，民用亞音速客機就不說了，即使是第三代先進戰鬥機開加力的速度也超不過M2.5，且一般都是在M2以下，像F/A-18開了加力也只能飛到M1.8了。固然飛機設計師的說法是現代空中作戰任務不需要過高的速度，可若是渦扇發動機能夠實現高速的話他們也就不會這麼說了，其實渦扇發動機令人稱道的也就是在現有航空發動機中它相對的高效率。如果不考慮燃油消耗，單純帶加力燃燒室的渦噴發動機是要比同樣帶加力的渦扇發動機更容易達到高速度，但渦噴達到超音速必須開加力，代價是極度費油，加力飛行狀態持續不了很長時間；而就現在技術的發展看，渦扇不開加力就可以使飛機達到超音速（美國的F-22A），也就是我們所說的戰機超音速巡航能力。我們現在追求的是高效、低耗，所以要用渦扇取代渦噴。不過要論單純的高空高速甚至是高超音速飛行的話，那麼渦噴和渦扇都不適合，而應該使用衝壓發動機（有氧大氣環境，啟動前提M3以上）或者是火箭發動機（無氧環境或者用於啟動衝壓發動機的助推加速段）了。

[ 轉自鐵血軍事 http://mil.tiexue.net/ ]

後一個問題我上面提到了，現在是能夠實現渦扇發動機不開加力超音速飛行的，這個平衡點處理的好的話可以實現，代表就是大名鼎鼎的四代戰機——美國的F-22A，不過前提依然是涵道比不能太大，在推力與阻力的矛盾間找平衡點。

話題3：

「歐洲生產的協和式飛機可以飛到2倍音速，他的發動機是不是高涵道比的渦扇？如果是高涵道比的渦扇，那麼是如何實現超音速飛行的？（網上看到的所有資料都說高涵道比不利於超音速飛行）。」

——關於這個問題，我首先聲明：協和飛機的發動機不是渦輪風扇式發動機，而是4台帶17%加力、推重比為6的英國羅羅公司和法國斯奈克瑪公司合作研製的奧林巴斯593雙轉子軸流式渦輪噴氣發動機,這固然可使協和達到M2.0的速度，但是油耗極大，且伴隨運行、維護的費用極高，這也是協和推出歷史舞台的一個重要原因。目前你所說的大涵道比渦扇發動機只能實現亞音速飛行，而戰鬥機上使用的渦扇發動機都是小涵道比的。

呵呵本人語言表達能力有限，也不知給大家說清楚沒，真心希望我們大家都能在互相交流中不斷進步