韩国阿伦|中国航空发动机的心酸发展史

中国空军当中的520系列 , 歼20、运20、轰20、直20和攻20 , 这些装备在技术上已经达到或接近了世界最先进的水平 。 但中国军机的心脏及发动机却一直都饱受诟病 , 那么中国发动机的研发到底有哪些辛酸史 , 现状又如何?在世界又能达到什么水准呢?那么今天我就来介绍一下 。
韩国阿伦|中国航空发动机的心酸发展史
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在介绍中国的发动机之前 , 先来给大家明确几个概念 。 首先发动机的种类 , 大家可能看到很多不同类型的发动机 , 看起来它们的发动机不太一样 。 没错 , 现代发动机按照功能来分 , 主要分为涡喷、涡扇、涡桨、桨扇和涡轴 , 当然这些都属于燃气涡轮机 。
另外比如说活塞式发动机曾在二战时大放异彩 , 还有现在安装在导弹上的冲压发动机 , 甚至还有火箭那种自带推进剂的发动机也都属于发动机的一种 , 但它们不是已经过时 , 就是并不是安装在现代主流飞机之上 , 所以就不说了 。
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回过头来接着说涡轮发动机 , 这五种当中现在应用最为广泛的当然非涡扇发动机莫属了 。 那么涡扇跟其他几种又有什么不同呢?5种涡轮式发动机最核心的核心机包括3部分 , 分别是压气机、燃烧室和涡轮机 , 而涡扇发动机不过是在前面加个大风扇而已 。 涡喷也并不是没有所谓的风扇 , 否则风怎么进来的呢?只是没有涡扇看着那么大而已 , 它是压气机的叶片 , 将全部空气压到燃烧室 , 和燃油混合燃烧 , 然后膨胀高温高压的空气再从后面喷出 , 这样就产生了喷气动力 , 顺便转动的涡轮与前面的压吸机同轴 , 这样又有了压气的动力 , 达成一个完整的循环 。
注意涡喷是单个通道 , 即所有空气都进燃烧室 , 而涡扇是在核心机前面加了个更大的风扇 , 这风扇跟低压涡轮同轴 , 并被涡轮驱动 。 另外为了包住这个风扇 , 整个发动机又套了个外罩 , 这就是为什么涡扇要比涡喷更粗的原因 。
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【韩国阿伦|中国航空发动机的心酸发展史】如图可见 , 该核心机外又包了一层 , 进来的空气流量更大了 , 但却有2个通道 , 1个通道跟涡喷一样通过压气机进入燃烧室燃烧 , 这就是所谓的内涵道 。 另一部分空气通过核心机外侧和外壳之间的通道不进行燃烧 , 这就是外涵道 。
通过外涵道的气流速度和温度更低 , 与内涵的排出的高温燃气混合 , 就降低了喷嘴的平均流速和温度 , 那么流速降低不是飞机速度就降下来了吗?没错 , 涡扇的高速性能的确不如涡喷 , 但较低的流速带来的却是更高的推进效率和较低的噪声 。
简单来说降低了油耗 , 增大了航程 , 并且红外辐射强度较弱 , 不易被红外制导的导弹击中 , 这样一个燃油和空气的利用率较高 , 航程更远 , 作战半径更大 。 另一个单纯追求极高的速度而不考虑燃油推进效率 , 如何取舍呢?这样就有了涵道比这个概念 。
外涵道和内涵道空气流量之比就是涵道比 , 涵道比越大 , 风扇做的也就越大 , 极致就是做成客机那个样子 , 空气流量巨大 , 排气速度低 , 这样推进效率高 , 耗油降低噪声也更低 , 这不就是民用客机追求的目标吗?这种涵道比超过4的称为大涵道比 。 当然我之前介绍的运20也会采用这种大涵道比的涡扇发动机 。 那么与大涵道比相对应的就是小涵道比 , 小到极致就是涡喷了 , 涡喷速度够快 , 但是有点太快了 , 这样低空低速性能就很垃圾 。 如果对地攻击高速又不利于找准目标 , 同时油耗太大 , 速度这么快却成了短腿又难堪大用 。 所以战斗机所采用的发动机 , 逐渐由涡喷过渡到涡扇 , 但又不能采用如客机一样的大涵道比 , 涡扇风扇那么大 , 你是怕阻力不够大吗?于是有了涵道比低于1的小涵道比涡扇发动机 。
现代战斗机追求的是多功能性 , 既要航程低空低速性能要好 , 高空的高速性能又不能过低 , 而且为了应对空中狗斗 , 额外的动力就成为必须 , 所以在涡轮机后面又再加了个加力燃烧室 。
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我们通常意义上的推重比都是按照开加力后来计算的 , 这样涡扇发动机的设计就会更为复杂 。 到了5代机时代为了要保证所谓的4S标准配套发动机的设计难度就可想而知了 。 那么涡喷发动机还有在用的吗?有些航模上的发动机用的就是涡喷 。
说完了涡喷和涡扇 , 再简单来说一下后面几个 。 涡桨看着跟二战时期的螺旋桨飞机有点像 , 没错外表的确如此 , 都有个螺旋桨 , 只不过把里面的活塞发动机换成了涡轮 , 后面的构造类似于涡喷 , 略有区别 。 优点是空气利用率大 , 也更省油 , 缺点也更为明显 , 涡桨比涡扇慢得多 , 这个想必大家都知道 , 但并不是因为尾部喷速上不去导致太慢 , 而是当螺旋桨间的线速度接近甚至超过音速时 , 就会出现音障问题 , 会产生巨大的噪音阻力和震动 , 甚至会导致发动机空中解体 , 所以涡桨基本无法超音速 。


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