飛機(jī)發(fā)動機(jī)威力到底有多厲害?:都說中國空軍有“心臟?逼涫稻褪撬悼站姆苫揮幸豢詈玫姆⒍,一库k判愕姆⒍兇攀裁囪謀曜寄?首洗_⒍屏Ρ匭牘?-
都說中國空軍有“心臟病”其實就是說空軍的飛機(jī)沒有一款好的發(fā)動機(jī),一款優(yōu)秀的發(fā)動機(jī)有著什么樣的標(biāo)準(zhǔn)呢?首先發(fā)動機(jī)推力必須夠大、使用壽命必須夠長。這兩點就是衡量發(fā)動機(jī)最重要標(biāo)準(zhǔn)。解決了發(fā)動機(jī)的技術(shù)問題不僅可以幫助飛機(jī)飛上天,也可以讓改成燃?xì)廨啓C(jī)讓軍艦在海上飆車,而且也可以讓陸地上的坦克飆車。
就比如有著“流氓2500”稱號的美國LM-2500艦用燃?xì)廨啓C(jī)就是用C-5大型運輸機(jī)的發(fā)動機(jī)發(fā)展而來的。而它的厲害之處就在于它擁有著32600馬力的最大輸出功率,15000小時的大修時間。所以當(dāng)80年代中美蜜月期中國從美國引進(jìn)改型燃?xì)廨啓C(jī)后就依然決然的放棄此前驅(qū)逐艦等中小型艦一直在用的蒸汽動力而研發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)。
而這就是飛機(jī)發(fā)動機(jī)的厲害之處。而發(fā)動機(jī)涉及的是一個龐大的工業(yè)體系。就拿發(fā)動機(jī)身上最小的葉片來說,其中就包含了冶金、熱處理、精加工、裝配等一系列高精尖問題。發(fā)動機(jī)技術(shù)幾乎是涵蓋了一個國家最高軍工科技,是一個工業(yè)強(qiáng)國的代表。
為什么要用“威力”這個詞來形容航空發(fā)動機(jī)?不是應(yīng)該用“推力”更加恰當(dāng)么?或者說航空發(fā)動機(jī)就是“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”,是目前研發(fā)難度、制造難度都最頂級的現(xiàn)代化工業(yè)產(chǎn)物,造航空發(fā)動機(jī)其實就跟造航母一樣,是一個現(xiàn)代化工業(yè)大國綜合國力的集中體現(xiàn),是集人類目前科技、工業(yè)文明之大成的產(chǎn)物,可以這么說,能造先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的,無一不是世界頂級工業(yè)強(qiáng)國。
為什么這么說?因為對“能量”的利用水平就代表了人類科技文明的發(fā)展水平,而發(fā)動機(jī)就是一個:能夠有限的空間內(nèi)轉(zhuǎn)換和利用能量的科技產(chǎn)物。其中又以航空發(fā)動機(jī)為甚,航空發(fā)動機(jī)的綜合制造水平和難度都是最高的,因為航發(fā)必須要求在一個極為有限的空間和極其惡劣的環(huán)境中實現(xiàn)對能量更高水平地轉(zhuǎn)換和利用;蛟S有人會說在火箭和某些導(dǎo)彈上面使用的航天發(fā)動機(jī)同樣也有著很高的科技水平,也需要在極端環(huán)境中使用,這個不否認(rèn),但是航天發(fā)動機(jī)和航空發(fā)動機(jī)不同在于,前者通常是不需要保持長時間穩(wěn)定運行以及極端性能輸出的(幾分鐘~幾十分鐘),而后者則是需要在保持極端性能輸出的同時,要有很長的使用穩(wěn)定性和壽命,其時間跨度可以達(dá)到數(shù)千甚至是上萬小時,這才是航天發(fā)動機(jī)所不能相及的。
▲GE90-115B航空發(fā)動機(jī)
上圖中的是目前世界上推力最大的航空發(fā)動機(jī)是通用電氣公司的GE90-115B,該發(fā)動機(jī)自重8.76噸,輸出推力達(dá)到了50.2~52.4噸,更是曾在測試中創(chuàng)造了58噸的極限推力,打破了吉尼斯世界記錄,而想要制造這種頂級航空發(fā)動機(jī),其對材料和工藝的要求是非常嚴(yán)格的,比如下圖所示,就是航空發(fā)動機(jī)里面高壓渦輪的一塊小小的葉片,這個渦輪葉片還沒有手掌大,但是卻可以承受十幾噸的離心力以及產(chǎn)生數(shù)百馬力的推力,要知道,一臺普通小汽車的發(fā)動機(jī)也不過才100多馬力。
▲高壓渦輪葉片
再比如下圖是用GE90航空發(fā)動機(jī)改造的艦用LM9000燃?xì)廨啓C(jī)(其實很多燃?xì)廨啓C(jī)就是用航空發(fā)動機(jī)改裝的),功率達(dá)到了67~75兆瓦,也就是大概9.1萬馬力~10.2萬馬力,差不多相當(dāng)于1000個普通汽車發(fā)動機(jī)的功率,主要的是該燃?xì)廨啓C(jī)的大修時間為5~7.2萬小時,大家可以體會一下,航空發(fā)動機(jī)需要在保持極端性能輸出的情況下,同時還需要保證足夠長的大修時間和使用壽命,可以想象這對現(xiàn)階段材料學(xué)和工藝學(xué)的要求有多么的高,因此,說航空發(fā)動機(jī)是人類工業(yè)皇冠上的明珠一點都不過分。
▲LM9000燃?xì)廨啓C(jī)
飛機(jī)發(fā)動機(jī)的威力很大,運轉(zhuǎn)起來的高強(qiáng)度的合金渦輪葉片能把任何被丟的人瞬間切碎,即使穿了中世紀(jì)那樣沉重的鎧甲一樣會被砍死砍碎,一個沒跑。
而且,現(xiàn)代噴氣式發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)起來需要巨量的空氣,在渦輪前方形成一個吸力區(qū),能把體重上百公斤的成年人活生生吸進(jìn)發(fā)動機(jī)里攪碎。在美國航空母艦上就發(fā)生過這樣的事故,因為航母甲板對于飛機(jī)操作來說實際還是非常狹小的,所以繁忙的工作人員難保不會忙中出錯,太過靠近在大車狀態(tài)的艦載機(jī)進(jìn)氣道。有些人員福大命大祖上積德,身上的衣物勾住進(jìn)氣道內(nèi)或周邊的突起保住性能,有些就沒那么幸運變成碎塊。而在民航機(jī)場,也發(fā)生過民航客機(jī)發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)起來,把沒固定好的行李集裝箱吸過來造成事故的案例。
飛機(jī)發(fā)動機(jī)的威力還體現(xiàn)在巨大的噪音和高溫高速的尾焰上。現(xiàn)代噴氣式發(fā)動機(jī)工作起來的噪音能夠輕易超過120分貝,戰(zhàn)斗機(jī)使用的高性能發(fā)動機(jī)在加力工作時有可能達(dá)到140分貝。而人的耳朵在超過80分貝的環(huán)境下暴露超過5分鐘就可能造成不可逆的傷害。所以大家可以留意在飛機(jī)旁工作的各種工作人員都佩戴著包裹耳朵的耳機(jī)或耳罩,但即使這樣也很難完全避免因長時間接觸噪音產(chǎn)生的傷害。
尾焰大家好理解,噴氣發(fā)動機(jī)靠的就是高溫高速燃?xì)庾龉,推動飛機(jī)運行。燃?xì)饬鲃倗姵霭l(fā)動機(jī)時有幾百度高溫,任何人碰上去即刻會被燒傷烤焦。
發(fā)動機(jī)還有可能發(fā)生各種故障,擊傷機(jī)內(nèi)人員,破壞飛機(jī)結(jié)構(gòu)。曾經(jīng)有噴氣式發(fā)動機(jī)的渦輪葉片整體飛脫,破壞機(jī)體結(jié)構(gòu)引起飛機(jī)緊急迫降。前一段還有發(fā)動機(jī)葉片飛出,將客機(jī)機(jī)體打出大洞,一名乘客被吸出窗外,造成機(jī)體急劇失壓,飛機(jī)差點墜毀。
看到?jīng)],飛機(jī)發(fā)動機(jī)威力想當(dāng)厲害,誰不信可以去試試,可以選擇被攪碎,吵死,烤熟。。。等各種死法。
以現(xiàn)代的汽車為例,一輛車的重量在1.5噸的話,F(xiàn)135產(chǎn)生的推力就是14輛車的重量,而GE-90-115B則是34輛車的重量。由此可見,發(fā)動機(jī)的推力有多大。
此外,在上世紀(jì)額70年代,美國的黑甲蟲列車就使用了兩臺航空發(fā)動機(jī),其時速高達(dá)296千米/小時。前蘇聯(lián)研發(fā)的SVL高速列車的時速達(dá)到250千米/小時。無論是黑甲蟲也好,SVL也罷,其時速幾乎可以趕上如今的高鐵了。而美國在1972年研發(fā)的LIMRV列車,則使用了兩臺J-52型發(fā)動機(jī),其速度達(dá)到411千米/小時。由此可見,航空發(fā)動機(jī)的推力究竟有多大。
此外,由航空發(fā)動機(jī)衍生出來的燃?xì)廨啓C(jī),已經(jīng)成為坦克,軍艦的動力來源。作為坦克動力的燃?xì)廨啓C(jī),可以讓71噸的M1A2最大速度達(dá)到67千米/小時。而阿利伯克驅(qū)逐艦的動力之源是著名的LM2500,4臺LM2500即可讓滿載近9000噸的驅(qū)逐艦飚到31節(jié)的航速。
F135航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的推力可以讓重達(dá)近20噸的F35以1.6倍的聲速飛行。F135的核心機(jī)與F119的一樣,卻可以產(chǎn)生這么大的推力全靠頂尖的渦輪葉片,大涵道比,高進(jìn)氣流量。F135改發(fā)動機(jī)渦輪葉片的材料采用了CMXS-10第三代單晶耐高溫合金,其可以在1100度,140Mpa的環(huán)境中穩(wěn)定工作220小時。
CMSX-10單晶耐高溫合金中錸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)20.7%,而錸的價格又高,儲藏量又少。大量使用錸元素,也不是長久之計。而GE公司研制的第三代單晶耐高溫合金ReneN515中錸的含量僅為1.5%,ReneN500根本不含錸。據(jù)稱ReneN515合金被應(yīng)用到GE-9X民用發(fā)動機(jī)上。
可見,擁有較高的渦前溫度對發(fā)動機(jī)推力的提升是多么巨大。
F135發(fā)動機(jī)的涵道比為0.57,相比于F119的0.3來說,無疑是巨大的。但是相對于太行的0.78來說,又是小的。大涵道比的發(fā)動機(jī)不利于戰(zhàn)斗機(jī)的超音速巡航,所以說,像F22之類極為注重超音速性能的戰(zhàn)斗機(jī)來說,是不會選擇大涵道比發(fā)動機(jī)的。
所以說,小涵道比大推力發(fā)動機(jī)才是未來戰(zhàn)機(jī)的可靠動力。(圖片來自網(wǎng)絡(luò))
圖、創(chuàng)造吉尼斯世界記錄的GE9X,推力高達(dá)61噸!
航空發(fā)動機(jī)的超強(qiáng)推進(jìn)力,離不開高精度、高質(zhì)量、高效率、高可靠性方面的需求。隨著航空發(fā)動機(jī)推力的進(jìn)一步摸高,這就對航發(fā)的制造、材料等提出更高要求。航空發(fā)動機(jī)推重能比決定了其整體性能,這需要航發(fā)在高溫(第5代發(fā)動機(jī)渦輪前溫度高達(dá)1400~1600攝氏度),高壓(30~50倍大氣壓強(qiáng)),連續(xù)工作1萬小時以上!而火箭可以選擇在高溫處覆蓋一次性隔熱材料,但航空發(fā)動機(jī)不行,可以說航空發(fā)動機(jī)比火箭的挑戰(zhàn)性還強(qiáng)。
其次先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的渦輪前溫度高達(dá)1600攝氏度,因此制造渦輪的材料還必須經(jīng)受超高溫的考驗。未來,高性能航空發(fā)動機(jī)離不開數(shù)字化、精密化、整體化設(shè)計。例如其中的單晶空心渦輪葉片,它需要控制合金晶體連續(xù),還要在內(nèi)部設(shè)計復(fù)雜內(nèi)腔導(dǎo)入冷空氣,這自然離不開精密鑄造工藝。
從航空發(fā)動機(jī)的演進(jìn)式來看,一款先進(jìn)的航發(fā)基本都是用“錢”燒出來的。設(shè)計只是萬里長征第一步,此后還有龐大的試驗、試飛過程。其中很多零部件都需要匹配、試車等工序。還有很多試驗都是破壞性質(zhì)的。
拿我們非常熟悉的俄羅斯AL-31渦扇發(fā)動機(jī)來說,長不過5米,直徑1.3米,質(zhì)量1.5噸,推力卻達(dá)到了12噸之多。
四代軍用大推,美制F-135,加力推力更高達(dá)20噸。能量不謂不雷人,做為當(dāng)代科技集大成的代表作,航空發(fā)動機(jī)給人的直觀印象,非?植馈S辛顺墒炜煽康陌l(fā)動機(jī),所有的飛機(jī)才能飛上天;有了先進(jìn)的推力更大的發(fā)動機(jī),飛機(jī)才能表現(xiàn)得更先進(jìn)。因是,當(dāng)今世界的共識,航空強(qiáng)國強(qiáng)在發(fā)動機(jī),發(fā)動機(jī)強(qiáng)則航空強(qiáng),航空強(qiáng)則國強(qiáng)。
對于國際地位稍微有利的國家來講,只要外國有配套的發(fā)動機(jī)可選,一般打造一款飛機(jī)的速度,只有五、六年,而想打造出成熟的一款發(fā)動機(jī),大約需要20年以上,甚至更長。
現(xiàn)在航空發(fā)動機(jī)強(qiáng)者集中在三家之手,美國通用、普惠和英國羅羅,號為三巨頭,軍民兼而有之,推力從大到小,推進(jìn)方式從渦扇、渦噴、渦漿到渦軸,一樣也不少,核心機(jī)已發(fā)展到七代,從而都是最強(qiáng)者。集成眾多學(xué)科,匯集最尖端工藝,而成為工業(yè)王冠上最璀璨的一顆寶石,有就可以推動航空工業(yè)大發(fā)展,沒有即要受制。
我國軍用三代大推渦扇-10“太行”,近年終得成熟,標(biāo)志著繼美俄之后第三個取得該一型號成功的國家,拿到了登堂入室的第一張通行證,更向第四代軍用大推而努力,即渦扇-15“峨眉”,也開始了裝機(jī)實驗,說明我們的努力有成,著實可喜可賀。長期以來的“心臟病”問題,從此不再困擾我們。
坐過飛機(jī)的人都知道它在啟動的時候有一個強(qiáng)大的推力,只要飛機(jī)起飛,周圍的人就必須抓住欄桿,以防被大風(fēng)吹走,而且飛機(jī)起飛具有很大的風(fēng)力,當(dāng)遇上在沙子的地方起飛時,就會帶起漫天黃沙。頓時好像一頓沙塵暴來襲,一個強(qiáng)大的推力才會給予飛機(jī)一個飛向藍(lán)天的動力,那么你現(xiàn)在知道飛機(jī)發(fā)動機(jī)“威力”有多厲害了吧。
人進(jìn)去的后果
圖一是發(fā)動機(jī)里面,圖二是發(fā)動機(jī)下面,圖三是飛機(jī)后面
你說威力大不大,直接變成肉泥了。
飛機(jī)發(fā)動機(jī)是渦輪風(fēng)扇機(jī),如果是戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)推力可以高達(dá)20噸推力。
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