涡喷发动机彻底过时了吗?


涡喷发动机彻底过时了吗?


现代飞机发明以后,最早的发动机是气缸带动的螺旋桨,动力采用和汽车差不多的汽油,其原理基本等于把汽车的动力轴上面装上一个螺旋桨。很多当今的全球知名汽车品牌,在二战前本来就是造飞机为主的。虽然早年螺旋桨飞机更多的是采用星型气缸发动机,但是和汽车发动机差距并不大。气缸发动机最大的弱点就是能量输出有限。不能以一到两吨的自重,输出上千马力以上的动力。到二战期间,战斗机的最高时速已经接近音速,这就需要新式发动机来代替。于是二战末期,轴流式涡喷发动机登上了战场。轴流式涡喷发动机获得动力的物理原理非常简单,就是作用力等于反作用力。涡喷发动机先吸收空气,再压缩掺入燃油燃烧,最后把燃烧后的高温高压气流以很高的速度排出喷管,相应地获得一个向前的推力。涡扇航空发动机的出现比涡喷要晚。而且涡扇明显比涡喷推力大而且省油,这是什么原理呢?

涡喷发动机的推力是由喷管排气直接产生,但是尾部排出的这股气流还有很高的速度、温度和压力。当气流喷出喷管后,其中残余的热能、动能和压力能就不能对发动机总推力有任何贡献,所以浪费了燃油,而且这种浪费是十分惊人的。任何喷气发动机如果不燃烧燃油,他们肯定没有任何推力。无论涡喷、涡扇还是冲压发动机,他们获得的推力能量,说到底,都是本身携带的燃油和发动机中压缩的氧气混合燃烧做功产生的动力。不用说喷气发动机,就是普通的公路铁路内燃机也是一样的原理。原则上来说,空气在被吸入所有的发动机以前,都是自然温度,也就是大约在-60摄氏度(高空)到+50摄氏度之间,这是大气层在不同高度的自然温度。这些空气在被吸入各类发动机,被压缩燃烧后,喷出的气流若和被吸入时的温差越小,那么这种气流用来动力做功的效率越高。

涡喷发动机彻底过时了吗?


也就是说,若气流被发动机吸入时的自然温度是20摄氏度,若被再次喷出来做功时,他的温度仍然是20摄氏度,那么这种发动机的性能理论上是最强的。但是目前人类的发动机都无法做到这一点,现在喷出的气流的温度,都比空气被吸入时温度高的多。被喷出时气流温度越高,就说明这种发动机燃料的利用效率越低。目前涡喷发动机即使不开加力,喷气温度也在550到650摄氏度。而涡扇发动机不开加力,喷气温度大多在350摄氏度,从这点上看,就知道涡喷的工作效率远远不如涡扇,燃料消耗率也高的多。

涡扇发动机之所以有明显的优点,在于其技术进步,有效地利用了涡轮排气中的残余能量。首先,在发动机前部设置风扇,利用风扇排气产生推力。这个风扇需要由后边的涡轮驱动,当燃气冲击涡轮,驱动前部风扇的时候,由于其对涡轮做功,气流的温度、速度和压力都有所下降,这就降低了排气的能量损失。其次,在军用涡扇发动机上,外涵道来流,即风扇排气,在加力燃烧室与高温燃气混合,被其加热、加速、增压,混合后排气的总体温度、速度和压力进一步下降,但此时的总排气质量上升,大幅度增加了总推力的同时降低了油耗。只要设计上需要,涡喷发动机能达到的技术指标,涡扇发动机几乎都能达到,由于耗油率显著降低,在航程上又具有涡喷发动机无法比拟的巨大优势。

涡喷发动机彻底过时了吗?


但是涡喷发动机仍然有固有优点:一方面,由于其迎风面积小,故总体阻力较小,雷达反射面积也相应减少,适合应用于主要在地面引导下遂行国土防空任务的高空高速截击机上。另一方面,随着超视距空战的发展,对战斗机高速巡航性能的重视又有所回升,而阻力较小的涡喷飞机可以较容易地实现超音速巡航。F22A的F119发动机虽然属于涡扇发动机,但是其涵道比几乎和涡喷差不多,其性能甚至可以归于一种特殊的涡喷。另外,涡喷发动机的由于部件相对涡扇少的多,因此某方在这方面已经研发到了技术的极致。涡喷发动机虽然整体寿命相对短而且油耗加高,但是作战时可靠性极高,可以大规模迅速生产,面对大规模战争仍然有不可替代的保障能力。这也是高档涡喷发动机至今还在生产的根本原因。


本文禁止转载或摘编

-- --
  • 投诉或建议
评论