国之重器航空发动机,是时候给军迷普及了

2016-08-30 来源:科普中国网

  中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平、中共中央政治局常委、国务院总理李克强接连做出重要批示,为的都是这件大事——中国航空发动机集团公司成立大会28日在京举行。

  都说,航空发动机是当今世界上最复杂的、多学科集成的工程机械系统之一,是保证国家安全、彰显强国地位的航空武器装备的“心脏”,这么重要的大事,科普妹是时候普及一下了。

  星型发动机

  在其他更先进的航空发动机出现之前大型飞机的发动机常采用星型设计

  星型发动机属于活塞式发动机的一种早在1903年,星型发动机就用在了飞机上

  涡轮喷气发动机

  涡轮喷气发动机简称涡喷发动机,其历史也很悠久1937年,世界上第一个涡轮喷气发动机就开始运行了

从大的方面看,涡喷发动机由5个结构组成

1970年,通用电气的J85-GE-17A涡喷发动机

前苏联在1960年研制的高空高速截击机米格-25

  涡喷发动机使用范围很广,从低空低速到高空超音速飞机都有广泛应用。前苏联的战斗机米格-25高空超音速战机采用涡喷发动机,曾经创下3.3马赫的飞行记录,也创下了37250米的升限纪录。使用涡喷发动机的战斗机很适合在高空进行超音速飞行。

  涡轮风扇发动机

涡轮风扇发动机简称涡扇发动机

发动机在运转时,外涵道与内涵道空气流量的比值叫做涵道比

  规律是,涵道比越大越省油,经济性越好,高涵道比的发动机在亚音速时有非常好的能效,所以它广泛地运用于客机、运输机等。

  高涵道比的发动机,主要推力不是来自于向后喷出的高温燃气,而是来自于外涵道高速向后喷出的空气

  现代战斗机也大多采用涡扇发动机,只是,为了追求高空的超音速性能,使用低涵道比的发动机。

  美国F22猛禽战斗机使用的涡扇发动机,涵道比很低,只有0.3:1

  涡轮螺旋桨发动机

涡轮螺旋桨喷气发动机,简称涡桨发动机

  涡桨发动机的本质类似于涡喷发动机接上一个减速器,并带动外部的螺旋桨。

中国自行设计研制的水陆两栖飞机蛟龙-600,采用国产WJ-6涡桨发动机

  目前,蛟龙-600是世界上最大的水陆两用飞机,于2016年7月23日总装下线。

  涡桨发动机通常用在小型或低速的亚音速飞机上。但也有例外,俄罗斯的图-95战略轰炸蛟龙-600机使用的NK-12MV型涡桨发动机,让其达到925公里每小时的高速,接近音速。

俄罗斯的图-95战略轰炸机

每一个NK-12MV型涡桨发动机上有8个叶片,前后叶片采取同轴反转的模式

同轴反转示意图

  桨扇发动机

  有的国家研制一种不需要变速齿轮的发动机,它就是桨扇发动机。

安-70运输机上的D-27浆扇发动机

  由于和涡轮之间没有减速器,桨扇的螺旋桨转速非常高,带来的优点是燃料效率进一步提高,而缺点是噪音大,难以运用于追求舒适性的客机上。目前,只有安-70运输机使用浆扇发动机。

  “安-70”运输机由乌克兰与俄罗斯共同研制开发,于1994年12月6日首飞

  “安-70”的发动机,其叶片为前置,还有另一种桨扇发动机,其叶片为后置,这就是通用电气早些年进行实验的发动机GE36。

GE36桨扇发动机

GE36桨扇发动机示意图

  实验中的GE36,表现出了非常低的燃料消耗,但同样还是因为噪音大的问题,它没有被使用在任何飞机上

  涡轮轴发动机 

  涡轮轴发动机简称涡轴发动机,顾名思义,它是通过“轴”来传输动力。直升机、坦克、船舶上都有使用。

涡轴发动机并非如此简单,但您可以借此理解其本质 

ch-47支奴干直升机上的涡轴发动机 

  冲压发动机

  飞行器飞得越快,迎面而来的空气就越快,当快到几倍音速时,空气自然就得到了压缩。高压空气进入燃烧室,混入燃油,剧烈燃烧并向后高速喷出以得到动力。这就是冲压发动机的原理。

  图中的(a)代表传统的涡喷发动机,其结构很复杂而(b)代表冲压发动机;(c)表示超燃冲压发动机

  冲压发动机一般用在导弹和目前还在试验阶段的高超音速飞行器上。

  航空发动机的发展已有100多年的历程,相比欧美国家,我国的起步较晚,不过,即使是这样,我国也取得了很大的成就。迄今为止,全世界能够研发航空发动机的也只有美国、俄罗斯、英国、法国和中国等少数几个国家。

  航空发动机被誉为国之重器,正如所见,我国对航空发动机越来越重视,整合力度也在不断加大。未来,我国的航空发动机必将走入世界第一流的行列。(综合科普中国融合创作、科普中国网)

责任编辑:xujinghui

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