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      戰(zhàn)機(jī)發(fā)動機(jī)推力不過20噸,那推力達(dá)61噸的航空發(fā)動機(jī)是什么概念?

      2020-10-23 02:01閱讀(61)

      戰(zhàn)機(jī)發(fā)動機(jī)推力不過20噸,那推力達(dá)61噸的航空發(fā)動機(jī)是什么概念?:推力61噸的是通用動力研發(fā)的GE9X大涵道比發(fā)動機(jī)。什么概念呢?要知道波音747-8使用的發(fā)動機(jī)不過

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      推力61噸的是通用動力研發(fā)的GE9X大涵道比發(fā)動機(jī)。什么概念呢?要知道波音747-8使用的發(fā)動機(jī)不過是30噸出頭,GE9X一臺就能把747推上天;我國的C919采用的LEAP-1C更是只有13.5噸的推力,一臺GE9X就相當(dāng)于4臺LEAP-1C還多。之所以推力做這么大,是因為這臺發(fā)動機(jī)是給波音777X量身打造的。由于波音777只采用了2臺發(fā)動機(jī)的布局,而不是A380 的4臺,所以推力必須要大。采用2臺發(fā)動機(jī)是個明智之舉,因為不論是制造成本,燃油經(jīng)濟(jì)性還是維護(hù)經(jīng)濟(jì)性上,雙發(fā)都要比四發(fā)要劃算。


      至于說它的推力比戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)大了很多,這倒不是什么新鮮事。推力只是航空發(fā)動機(jī)的指標(biāo)之一,不是唯一。所以不見得61噸的發(fā)動機(jī)技術(shù)水平一定比F-22用的F-119發(fā)動機(jī)高。對大型飛機(jī)的配套發(fā)動機(jī)來講,提高推力最簡單的辦法就是增大涵道比,因為渦扇發(fā)動機(jī)的推力由兩部分組成:一部分是從尾噴口噴出的高溫高壓氣體產(chǎn)生的反作用力,另一部分則是流經(jīng)風(fēng)扇和壓氣機(jī)的空氣產(chǎn)生的反作用力,在不開啟加力燃燒室的情況下,空氣對風(fēng)扇和壓氣機(jī)的反作用力其實是占到推力的大頭。所以提高涵道比,也就是提升風(fēng)扇的直徑可以顯著提升推力。GE9X就是通過增加風(fēng)扇直徑來增加推力的。在GE9-115B的基礎(chǔ)上將風(fēng)扇直徑增加到了335厘米,比原先增加了將近10厘米。

      GE9X和人的對比,風(fēng)扇直徑大的恐怖

      渦扇發(fā)動機(jī)的推力淶源(紅色箭頭),其中作用在風(fēng)扇上的推力占絕對大頭


      但戰(zhàn)斗機(jī)顯然不可能像客機(jī)和運輸機(jī)那樣使用大涵道比發(fā)動機(jī),因為戰(zhàn)斗機(jī)的速度范圍很寬,最快要飛到2馬赫左右,涵道比做到太大,反而增大了阻力,沒辦法飛到高速。所以搭載大涵道比發(fā)動機(jī)的客機(jī)、運輸機(jī)一般最高速度只有0.8~0.9馬赫。此外戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動機(jī)要求潑辣,也就是油門要靈敏,給一腳油推力馬上上來,以便飛機(jī)可以作出各種機(jī)動。

      戰(zhàn)斗機(jī)使用的發(fā)動機(jī)都是小涵道比發(fā)動機(jī),涵道比都小于1,像F-119甚至只有0.3。所以發(fā)動機(jī)不要光看多大推力,還得看是多大涵道比下獲得的


      此外像GE9X這種大涵道比發(fā)動機(jī),為了讓高溫高壓的燃?xì)庾龉Ω鼜氐祝M可能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的軸功率。GE9X采用了2級高壓渦輪,6級低壓渦輪。這樣做推力增大,但重量也增大了,因此推重比并不高。GE9X的重量應(yīng)該在9噸多,算下來推重比在6~7之間。而戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)為了兼顧推重比,一般不會這么做。比如同為GE研發(fā)的F110-GE-132,只有1級高壓渦輪和兩級低壓渦輪,比GE9X少了一半還多,推重比卻達(dá)到8。這正體現(xiàn)了大涵道比發(fā)動機(jī)和小涵道比發(fā)動機(jī)設(shè)計思路的差異。

      F110和GE90渦輪級數(shù)對比

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      有道是“只要發(fā)動機(jī)推力強,搬磚也能飛上天”,航空發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)的核心,它的性能與推力在很大程度上決定著飛機(jī)整體好與壞,所以說沒有一款好的發(fā)動機(jī),就很難制造出性能先進(jìn)的飛機(jī)。渦扇-10該機(jī)型的最大推力為14噸,已經(jīng)可以滿足殲-10日常使用,那推力達(dá)到61噸的GE9X航空發(fā)動機(jī)是什么概念呢?

      GE9X航空發(fā)動機(jī)的推力確實達(dá)到了61噸,這是在2019年7月份美國通用公司公布的最新的世界吉尼斯紀(jì)錄。只不過,GE9X發(fā)動機(jī)屬于大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)(GE9X的進(jìn)氣道直徑為4.5米,比C919大飛機(jī)3.9米的機(jī)身直徑還要大),與渦扇-10那種小涵道比發(fā)動機(jī)不同,GE9X的涵道比為10:1(大涵道比發(fā)動機(jī)指涵道比4以上的),而渦扇-10的涵道比則為0.59,兩者相差甚遠(yuǎn)。

      從某些方面來說,GE9X這種大涵道比的發(fā)動機(jī)能達(dá)到61噸推力,也是通過犧牲高速性能實現(xiàn)的,使得安裝大涵道比發(fā)動機(jī)的飛機(jī)很難實現(xiàn)超音速飛行。與GE9X相比,同樣代表美國航空發(fā)動機(jī)最高水平的F-135小涵道比發(fā)動機(jī)在實驗室中的推力剛剛達(dá)到20噸(設(shè)計推力18噸,涵道比為0.57),渦扇-10與它的差距并沒有GE9X那樣懸殊!

      不過,即便是大涵道比渦扇發(fā)動機(jī),GE9X那61噸的推力也是其他大涵道比發(fā)動機(jī)所無法比擬的,例如全球起飛重量最大(640噸)的安-225超重型運輸機(jī)使用的是6臺D-18大涵道比發(fā)動機(jī),而該發(fā)動機(jī)的最大推力只有23噸,6臺總推力為138噸,如果按照這一推力標(biāo)準(zhǔn)使用GE9X的話,只需2.2臺就可以滿足需求!

      而對于我的運-20大型運輸機(jī),其最大起飛重量為220噸,目前使用4臺單臺推力12.5噸的D-30KP-2發(fā)動機(jī)(涵道比只有2.5左右),4臺D-30KP-2發(fā)動機(jī)總推力剛剛達(dá)到50噸整,與推力61噸GE9X還有著11噸差距,如此對比的話一臺GE9X發(fā)動機(jī)的推力就可以滿足一架運-20運輸機(jī)的總推力需求,而且尚有盈余(僅僅數(shù)據(jù)對比,實際無法安裝)!

      不僅如此,我們以渦扇-10為基礎(chǔ)在研的渦扇-20大涵道比發(fā)動機(jī)(勉強掛上4的標(biāo)準(zhǔn)),其最大推力也只有13噸-16噸,即便以16噸的最大標(biāo)準(zhǔn)來算,4臺渦扇的-20的總推力才剛剛趕得上一臺GE9X發(fā)動機(jī)推力。為此,我們不得不佩服GE9X那高達(dá)61噸的推力。

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      確實,現(xiàn)在戰(zhàn)斗機(jī)所用的發(fā)動機(jī)還沒有超過20噸級推力的,但是美國F135發(fā)動機(jī)的推力已經(jīng)接近20噸了。而民用航空發(fā)動機(jī)的推力最大的也就是GE9X了,其推力在一次試運行中達(dá)到了61噸,而這只是在試運行中才達(dá)到的,而在使用中的最大推力為470千牛,也就是47.9噸,離試運行中的61噸還差了14噸。也就是說,一臺GE9X發(fā)動機(jī)的試運行推力頂?shù)纳先_F135發(fā)動機(jī)的推力。

      這是什么概念呢?比如說,波音777客機(jī)需要四臺GE9X發(fā)動機(jī)的話,換做F135發(fā)動機(jī)的話就需要12臺了。如果F135的發(fā)動機(jī)的推力可以達(dá)到61噸的話,那F35戰(zhàn)斗機(jī)要實現(xiàn)超音速巡航能力簡直是輕而易舉,即便是滿載彈藥也沒什么問題的。

      言歸正傳,GE9X大涵道比發(fā)動機(jī)的推力達(dá)到61噸,也就是說該發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的推力可以拉起61噸的重物。說個更容易理解的例子,聯(lián)盟號火箭第一級使用4臺捆綁式RD-107火箭發(fā)動機(jī)的產(chǎn)生推力為73.2噸,也就是說GE9X航空發(fā)動機(jī)的推力快趕上火箭用的發(fā)動機(jī)了,這是極難達(dá)到的。由此可知,GE公司在航空領(lǐng)域的實力是多么強大!

      此外,我國在前段時間首飛的長征5號重型運載火箭使用的YF77氫氧發(fā)動機(jī)的地面推力為52噸,真空推力為70噸級?梢哉f,GE9X航空發(fā)動機(jī)的推力已經(jīng)超過了YF77氫氧發(fā)動機(jī),相必GE9X航空發(fā)動機(jī)有多牛,大家都清楚了吧!

      之所以GE9X航空發(fā)動機(jī)有這么大的推力主要是提高了增壓比,增大了涵道比,使用了碳纖維制作的葉片技術(shù),這是GE9X相對于GE-90-115B的提升項目。事實上GE9X航空發(fā)動機(jī)中使用CMC材料的也只有燃燒室的內(nèi)襯,高壓渦輪第一級機(jī)匣,第一級第二靜葉片。其中風(fēng)扇葉片(并非是高低壓渦輪葉片,而是近氣風(fēng)扇)并不是全部有CMC材料制造的,葉片前部是高強度鋼材,葉片后部分是由玻璃纖維材料,葉片主體部位則是第四代碳纖維復(fù)合材料。這樣減輕了重量,又提高了抗鳥撞擊的能力。

      即便是GE9X正常的47.9噸級的推力,一臺也就頂?shù)蒙线\20所用的D30KP2發(fā)動機(jī)的4臺。也就是說,運20只要使用兩臺GE9X發(fā)動機(jī),其載重量,航程都會得到較大的提升。所以說,軍用飛機(jī)如果有頂級的航空發(fā)動機(jī),其性能是可以得到較大提升的。例如,F(xiàn)22的F119,F(xiàn)35的F135,波音客機(jī)的GE系列發(fā)動機(jī)。沒辦法,誰讓美國有那么強大的航空發(fā)動機(jī)研發(fā)公司呢,我們還是有點差距的。(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

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      其實現(xiàn)階段全球范圍內(nèi),戰(zhàn)機(jī)發(fā)動機(jī)加力推力超過20噸的真的還沒有,比如現(xiàn)役所有戰(zhàn)機(jī)中加力推力最大的就是美國F35戰(zhàn)機(jī)裝備的F135發(fā)動機(jī)了,其地面臺架試驗中加力推力達(dá)到了20.8噸,但是實際上裝備F35戰(zhàn)機(jī)的所有F135發(fā)動機(jī)加力推力基本還停留在18.3噸的水準(zhǔn)。

      而對于F35戰(zhàn)機(jī)而言,雖然其裝備的發(fā)動機(jī)推力比F22戰(zhàn)機(jī)裝備的發(fā)動機(jī)推力還大,但是這個發(fā)動機(jī)性能并不咋地,因為其更大的推力輸出是通過增加涵道比的方式實現(xiàn)的,而F22戰(zhàn)機(jī)使用的F119發(fā)動機(jī)涵道比基本都保持在0.2左右,但是F35戰(zhàn)機(jī)使用的發(fā)動機(jī)涵道比卻高達(dá)0.3,所以過大的涵道比雖然輸出推力更大,但是也增加了正面風(fēng)阻系數(shù),不利于戰(zhàn)機(jī)超音速飛行,所以裝備有推力更大的F35戰(zhàn)機(jī)最大飛行速度反而沒有涵道比更小、加力推力更低的F22戰(zhàn)機(jī)快。

      而推力高達(dá)61噸的發(fā)動機(jī)就是計劃裝在波音B777X大型雙發(fā)客機(jī)上的GE9X渦扇發(fā)動機(jī),作為此前B777-300ER客機(jī)裝備的GE90-115B渦扇發(fā)動機(jī)的升級改進(jìn)型號,全新的GE9X渦扇發(fā)動機(jī)更大的推力除了優(yōu)化壓氣機(jī)和渦輪結(jié)構(gòu),和大量使用新技術(shù)來實現(xiàn)壽命增長和降低重量外,其最前端的渦輪風(fēng)扇直徑也從GE90-115B的3.25米增加到3.43米,更大的渦輪風(fēng)扇大大增加了GE9X發(fā)動機(jī)的涵道比,使得其外涵道輸出推力更大的同時經(jīng)濟(jì)性更高。

      推力高達(dá)61噸的發(fā)動機(jī)是什么概念呢?比如世界起飛重量最大的安225大型戰(zhàn)略運輸機(jī)最大起飛重量高達(dá)600噸,最大載重量也高達(dá)250噸,但是安225卻裝備了6臺單臺推力23.4噸的D18T渦扇發(fā)動機(jī),如果換成推力高達(dá)61噸的GE9X大型渦扇發(fā)動機(jī)的話,安225只需要2.3臺即可滿足起飛需求,但是客機(jī)為了保證安全飛行和左右平衡需求,肯定不可能只裝備2.3臺或者3臺發(fā)動機(jī),那么按照裝備4臺GE9X發(fā)動機(jī)計算的話,其發(fā)動機(jī)總輸出推力也高達(dá)200余噸,更大的發(fā)動機(jī)推力除了能夠保證其整體結(jié)構(gòu)不變的前提下,擁有超過現(xiàn)有250噸更大的載重量優(yōu)勢外,更大直徑的發(fā)動機(jī)還能進(jìn)一步提升安225的最大飛行航程。

      但是對于一架起飛重量高達(dá)347噸的波音777X大型雙發(fā)客機(jī)而言,按照客機(jī)對于發(fā)動機(jī)推重比0.25計算的話,一架起飛重量達(dá)到350噸的大型客機(jī)其實只需要88噸的起飛推力需求,也就是說B777X其實裝上此前GE90系列中的GE90-94B即可滿足起飛推力需求,而且這么大的推力輸出還是在起飛階段,等到正常飛行時輸出推力只有起飛推力的70%左右。

      但是B777X客機(jī)卻裝備了兩臺實際推力56.7噸、地面臺架推力高達(dá)61噸的超大渦扇發(fā)動機(jī)也是有原因的,因為對于B777X這種大型雙發(fā)民航客機(jī)而言,相比載客數(shù)量的多少、航程的遠(yuǎn)近,客機(jī)發(fā)動機(jī)的安全可靠性更為重要,比如雙發(fā)客機(jī)在適航取證階段都要完成ETOPS單發(fā)延程測試,比如現(xiàn)階段的B777、A350客機(jī)可以在只使用一臺發(fā)動機(jī)的情況下連續(xù)飛行長達(dá)6個小時,這個飛行時間足夠供機(jī)組找到一個達(dá)到起降標(biāo)準(zhǔn)的迫降機(jī)場需求。

      而對于B777X而言,雖然其通過增加渦輪風(fēng)扇直徑的方式增加了地面臺架測試最大推力輸出,但是更為核心的是外涵道渦輪風(fēng)扇直徑的增加能夠大幅增加B777X客機(jī)的經(jīng)濟(jì)性,畢竟外涵道風(fēng)扇直徑更大輸出的推力更大。而B777X堅持采用升級改進(jìn)的GE9X發(fā)動機(jī)除了需要更大渦輪風(fēng)扇直徑所帶來的更好經(jīng)濟(jì)性外,還有一個核心參數(shù)就是隨著B777X大型客機(jī)起飛重量更大、載客數(shù)高達(dá)400人外,對于發(fā)動機(jī)在單發(fā)失效情況下的安全飛行有著更高的要求。

      因為當(dāng)雙發(fā)客機(jī)在高空正常飛行時,一臺發(fā)動機(jī)停車的話,那么首先最要做的就是關(guān)閉發(fā)動機(jī)和降低飛行高度,但是這個飛行高度降低的不會太多,比如很多大型客機(jī)為了降低飛行阻力正常飛行高度基本保持在9000--12000米左右,但是降低高度的話也只會降低一兩千米左右,那么這個時候?qū)τ谥挥幸慌_發(fā)動機(jī)正常工作的大型客機(jī)而言,其輸出推力要足夠大才能滿足客機(jī)高達(dá)幾個小時的連續(xù)飛行需求。

      所以要滿足這個條件的話,大型雙發(fā)客機(jī)裝備的發(fā)動機(jī)最大輸出推力普遍都要比此前的四發(fā)客機(jī)輸出推力更大一些才能滿足安全飛行需求。但是在平時的正常飛行過程中反而會限制發(fā)動機(jī)最大推力輸出,以便提升發(fā)動機(jī)連續(xù)工作的安全性和可靠性。

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      這個概念就是用途不同導(dǎo)致的。戰(zhàn)斗機(jī)追求的是機(jī)動性,所以氣動力性要求戰(zhàn)斗機(jī)體積不能太大,對發(fā)動機(jī)要求是推重比高、加速性好、體積小。戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動機(jī)就只能是小涵道比渦扇發(fā)動機(jī),受此限制導(dǎo)致戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)的推力最大也就20噸左右。而運輸機(jī)和民航客機(jī)就不同了,更加注意經(jīng)濟(jì)性大航程和載貨量。機(jī)體較大,自重較高需要大推力油耗低的發(fā)動機(jī)。所以就采用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī),最大推力可達(dá)61噸,這樣運輸機(jī)或客機(jī)裝備發(fā)動機(jī)的數(shù)量更少,經(jīng)濟(jì)性更好。

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      戰(zhàn)斗機(jī)用的是小涵道比渦扇發(fā)動機(jī),說白了就是漏氣的渦噴,因為戰(zhàn)斗機(jī)需要兼顧高亞音速到超音速多個速度區(qū)間的效率,所以推力嘛就要打個折扣了。而客機(jī)啊運輸機(jī)用的渦扇發(fā)動機(jī)是大涵道比的渦扇,涵道比大呢,推力大了,阻力也大了,所以沒法超音速了,比如F35的F135發(fā)動機(jī)推力確實大,但是是靠提高涵道比實現(xiàn)的,所以用推力更小的F110的F15都能2倍音速飛行,而F35就只能有1.6馬赫的極速

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      啥概念。。。。;鸺l(fā)動機(jī)級別唄。。。火箭發(fā)動機(jī)順勢推力都是百噸甚至千噸級的,只是壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于飛機(jī)發(fā)動機(jī)。飛機(jī)發(fā)動機(jī)需要穩(wěn)定安全工作500小時以上,而火箭發(fā)動機(jī)安全工作幾百秒就差不多了。所以難度也完全不一樣,相當(dāng)于一個是工筆畫,一個是水墨畫。

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