渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)原理
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扇發(fā)動(dòng)機(jī)是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)分支,從血緣關(guān)系上來(lái)說(shuō)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該算得上是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的小弟弟.從結(jié)構(gòu)上看,渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)只不過(guò)是在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)之前（之后）加裝了風(fēng)扇而已.然而正是這區(qū)區(qū)的幾頁(yè)風(fēng)扇把渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)與渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)格的區(qū)分開(kāi)來(lái).渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)"小弟弟"仗著自已身上的幾頁(yè)風(fēng)扇也青出于藍(lán). 現(xiàn)代的軍用戰(zhàn)斗機(jī)要求越來(lái)越高的機(jī)動(dòng)性能,較高的推重比能賦予戰(zhàn)斗機(jī)很高的垂直機(jī)動(dòng)能力和優(yōu)異的水平加速性能.而且在戰(zhàn)時(shí),如果本方機(jī)場(chǎng)遭到了對(duì)方破壞,戰(zhàn)斗機(jī)還可以利用大推力來(lái)減少飛機(jī)的起飛著陸距離.比如裝備了f-100-pw-100的f-15a當(dāng)已方機(jī)機(jī)的跑道遭到部分破壞時(shí),f-15可以開(kāi)全加力以不到300米的起飛滑跑距離起飛.在降落時(shí)可以用60度的迎角作低速平飛,在不用減速傘和反推力的情況下,只要500米的跑道就可以安全降落. 更高的推重比是每一個(gè)戰(zhàn)斗機(jī)飛行員所夢(mèng)寐以求的.但戰(zhàn)斗機(jī)的推重比在很大和度上是受發(fā)動(dòng)機(jī)所限--如果飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比小于6一級(jí)的話(huà),其飛機(jī)的空戰(zhàn)推重比就很難達(dá)到1,如果強(qiáng)行提高飛機(jī)的推重比的話(huà)所設(shè)計(jì)的飛機(jī)將在航程、武器掛載、機(jī)體強(qiáng)度上付出相當(dāng)大的代價(jià).比如前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的蘇-11戰(zhàn)斗機(jī)使用了推重比為4.085的ал-7ф-1-100渦噴發(fā)動(dòng)機(jī).為了使飛機(jī)的推重比達(dá)到1,蘇-11的動(dòng)力裝置重量占了飛機(jī)起飛重量的26.1%.相應(yīng)的代價(jià)是飛機(jī)的作戰(zhàn)半徑只有300公里左右. 而在民用客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和軍用的轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)方面.隨著新材料的運(yùn)用飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)作的越來(lái)越大,起飛重量也就越來(lái)越大,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力要求也越來(lái)越高.在高函道比大推力的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)之前,人們只能采用讓大型飛機(jī)掛更多的發(fā)動(dòng)機(jī)的方法來(lái)解決發(fā)動(dòng)機(jī)的推力不足問(wèn)題.比如b-52g轟炸機(jī)的翼下就掛了八臺(tái)j-57-p-43w渦噴發(fā)動(dòng)機(jī).該發(fā)動(dòng)機(jī)的單臺(tái)最大起飛推力僅為6237公斤（噴水）.如果b-52晚幾年出生的話(huà)它完全可以不掛那么多的發(fā)動(dòng)機(jī).在現(xiàn)在如果不考慮動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性,像b-52之類(lèi)的飛機(jī)只裝一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)也未嘗不可. 而渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生就是為了順應(yīng)人們對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)越來(lái)越高的推力要求而誕生的.因?yàn)樘岣邍姎獍l(fā)動(dòng)機(jī)的推力最簡(jiǎn)單的辦法就是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量. 一、歷史 在五十年代未、六十年代初,作為航空動(dòng)力的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)以經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?當(dāng)時(shí)的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)總增壓比以經(jīng)可以達(dá)到14左右,而渦輪前的最高溫度也以經(jīng)達(dá)到了1000度的水平.在這樣的條件下,渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行部分的能量輸出以經(jīng)有了可能.而當(dāng)時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力要求又是那樣的迫切,人們很自然的想到了通過(guò)給渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加裝風(fēng)扇以提高迎風(fēng)面積增大空氣流量進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力. 當(dāng)時(shí)人們通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),以當(dāng)時(shí)的渦噴發(fā)動(dòng)的技術(shù)水平,在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加裝了風(fēng)扇變成了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之后,其技術(shù)性能將有很大的提高.當(dāng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇空飛流量與核心發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量大至相當(dāng)時(shí)（函道比1:1）,發(fā)動(dòng)機(jī)的地面起飛推力增大了面分之四十左右,而高空巡航時(shí)的耗油量卻下降了百分之十五,發(fā)動(dòng)機(jī)的效率得到了極大的提高. 這樣的一種有著渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法比及的優(yōu)點(diǎn)的新型航空動(dòng)力理所當(dāng)然的得到了西方各強(qiáng)國(guó)的極大重視.各國(guó)都投入了極大的人力、物力和熱情來(lái)研究試制渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)最初研制的道路上英國(guó)人走在了美國(guó)人之前.英國(guó)的羅爾斯·羅伊斯公司從一九四八年就開(kāi)始就投入了相當(dāng)?shù)木?lái)研制他們的"康維"渦扇發(fā)動(dòng)機(jī).在一九五三年的時(shí)候"康維"進(jìn)行了第一次的地面試車(chē).又經(jīng)過(guò)了六年的精雕細(xì)刻,一九五九年九月"康維mk-508"才最終定型.這個(gè)經(jīng)過(guò)十一年孕婦的難產(chǎn)兒有著當(dāng)時(shí)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)難以望其項(xiàng)背的綜合性能."康維"采用了雙轉(zhuǎn)子前風(fēng)扇的總體結(jié)構(gòu),函道比為0.3推重比為3.83地面臺(tái)架最大推力為7945公斤,高空巡航推力為2905公斤,最大推力時(shí)的耗油量為0.735千克/小時(shí)/千克,壓氣機(jī)總增壓比為14,風(fēng)扇總增壓比為1.90,而且英國(guó)人還在"康維"上首次采用了氣冷的渦輪葉片.當(dāng)康維最終定型了之后,英國(guó)人迫不及待的把他裝在了vc-10上! 美國(guó)人在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)上比英國(guó)人慢了一拍,但是其技術(shù)起點(diǎn)非常的高.美國(guó)人并沒(méi)有走英國(guó)人從頭研制的老路,美國(guó)的普·惠公司利用自已在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)上的豐富的技術(shù)儲(chǔ)備,采用了以經(jīng)非常成熟的j-57作為新渦扇發(fā)動(dòng)的內(nèi)函核心發(fā)動(dòng)機(jī).j-57是美國(guó)人從1947年就開(kāi)始設(shè)計(jì)的一種渦噴發(fā)動(dòng)機(jī),1949年完成設(shè)計(jì),1953年正式投產(chǎn).j57在投產(chǎn)階段共生產(chǎn)了21226臺(tái)是世界上產(chǎn)量最大的三種渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)之一,先后裝備了f-100、f-101、f-102、b-52等機(jī)種.j-57在技術(shù)上也有所突破,他是世界上第一臺(tái)采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),由單轉(zhuǎn)子到雙轉(zhuǎn)子是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上的一大進(jìn)步.不光是核心發(fā)動(dòng)機(jī),就連風(fēng)扇普惠公司也都是采用的以經(jīng)相當(dāng)成熟的部件,以被撤消了型號(hào)的j91核動(dòng)力噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)葉片被普惠公司拿來(lái)當(dāng)作新渦扇的風(fēng)扇.一九六零年七月,普惠公司的jt3d渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)誕生了.jt3d的最終定型時(shí)間比羅羅的康維只晚了幾個(gè)月,可是在性能上卻是大大的提高.jt3d也是采用了雙軸前風(fēng)扇的設(shè)計(jì),地面臺(tái)架最大推力8165公斤,高空巡航推力2038公斤,最大推力耗油0.535千克/小時(shí)/千克,推重比4.22,函道比1.37,壓氣機(jī)總增壓比13.55,風(fēng)扇總增壓比1.74（以上數(shù)據(jù)為jt3d-3b型發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)）.jt3d的用處很廣,波音707、dc-8用的都是jt3d.不光在民用,在軍用方面jt3d也大顯身手,b-52h、c-141a、e-3a用的都是jt-3d的軍用型tf-33. 現(xiàn)今世界的三大航空動(dòng)力巨子中的羅·羅、普·惠,都以先后推出了自已的第一代渦扇作品.而幾乎是在同一時(shí)刻,三巨頭中的令一個(gè)也推出了自已的第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī).在羅·羅推出"康維"之后第八個(gè)月、普·惠推出jt-3d的前一個(gè)月.通用動(dòng)力公司也定型了自已的第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)cj805-23.cl805-23的地面臺(tái)架最大推力為7169公斤,推重比為4.15,函道比為1.5,壓氣機(jī)增壓比為13,風(fēng)扇增壓比為1.6,最大推力耗油0.558千克/小時(shí)/千克.與普·惠一樣,通用動(dòng)力公司也是在現(xiàn)有的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)之上研發(fā)自已的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),被用作新渦扇的內(nèi)函核心發(fā)動(dòng)機(jī)的是j79.j-79與1952年開(kāi)始設(shè)計(jì),與1956年投產(chǎn),共生產(chǎn)了16500多臺(tái),他與j-57一樣也是有史以來(lái)產(chǎn)量最高的三種渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)之一.與j57的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不不同,j79是單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu).在j-79上首次采用了壓氣機(jī)可調(diào)整流葉片和加力全程可調(diào)噴管,j-79也是首次可用于兩倍音速飛行的航空發(fā)動(dòng)機(jī). 通用動(dòng)力公司的cj805-23渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的中一個(gè)決對(duì)另類(lèi)的產(chǎn)品,讓cj805-23如此與眾不同的地方就在于他的風(fēng)扇位置.他是唯一采用后風(fēng)扇設(shè)計(jì)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī). 在五六十年代,人們?cè)谠O(shè)計(jì)第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候遇到了很大的困難.首先是由于大直徑的風(fēng)扇與相對(duì)小直徑的低壓壓氣機(jī)聯(lián)動(dòng)以后風(fēng)扇葉片的翼尖部分的線(xiàn)速度超過(guò)了音速,這個(gè)問(wèn)題在當(dāng)時(shí)很難解決,因?yàn)闆](méi)有可利用的公式來(lái)進(jìn)行運(yùn)算人們只能用一次又一次的試驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題.第二是由于在壓氣機(jī)之前多了風(fēng)扇使得壓氣機(jī)的工作被風(fēng)扇所干攏.第三是細(xì)長(zhǎng)的風(fēng)扇葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的振動(dòng). 而通用動(dòng)力公司的后風(fēng)扇設(shè)計(jì)一下子完全避開(kāi)了這三個(gè)最主要的困難.cj805-23的后風(fēng)扇實(shí)際上是一個(gè)雙節(jié)的葉片,葉片的下半部分是渦輪葉片,上半部分是風(fēng)扇葉片.這樣的一個(gè)葉片就像渦軸發(fā)動(dòng)的自由渦輪一樣被放在內(nèi)函核心發(fā)動(dòng)機(jī)的尾部.葉片與核心發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子沒(méi)有絲毫的機(jī)械聯(lián)系,這樣人們就可以隨心所欲的來(lái)設(shè)計(jì)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,而且葉片的后置也不會(huì)對(duì)壓氣機(jī)產(chǎn)生不良影響.但在回避困難的同時(shí)也引發(fā)了新的問(wèn)題. 首先是葉片的受熱不勻,cj805-23的后風(fēng)扇葉片的渦輪部分在工作時(shí)的最高溫度達(dá)到了560度,而風(fēng)扇部分的最低溫度只有38度.其次,由于后風(fēng)扇不像前風(fēng)扇那樣工作在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端,而是工作在發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端,這樣一來(lái)風(fēng)扇的可靠性也隨之下降,而飛機(jī)對(duì)其動(dòng)力的要求最重要的一條就是萬(wàn)無(wú)一失.而且風(fēng)扇后置的設(shè)計(jì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)的由于形狀上的原因其飛行阻力也要大于風(fēng)扇前置的發(fā)動(dòng)機(jī). 當(dāng)"康維"、jt-3d、cj805-23這些渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)紛紛定型下線(xiàn)的時(shí)候,人們也在不斷的反思在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程.人們發(fā)現(xiàn),如果一臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)如果真的像"康維"那樣從一張白紙上開(kāi)始試制則最少要用十年左右的時(shí)間新發(fā)動(dòng)機(jī)才能定型投產(chǎn).而如果像jt-3d或cj805-23那樣利用以有的一臺(tái)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)作為內(nèi)函發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)研制渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的話(huà),因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)上最難解決的部分都以得到了解決,所以無(wú)論從時(shí)間上還是金錢(qián)、人力、物力上都要節(jié)省很多.在這樣的背景之下,為了縮短新渦扇的研制時(shí)間、減少開(kāi)發(fā)費(fèi)用.美國(guó)政府在還末對(duì)未來(lái)的航空動(dòng)力有十分明確的要求的情況下,從一九五九年起開(kāi)始執(zhí)行"先進(jìn)渦輪燃?xì)獍l(fā)生器計(jì)劃",這個(gè)計(jì)劃的目地就是要利用最最新的科研成果來(lái)試制一種燃?xì)夂诵臋C(jī),并進(jìn)行地面試車(chē),以暴露解決各部分的問(wèn)題.在這個(gè)燃?xì)夂诵臋C(jī)的其礎(chǔ)之上進(jìn)行放大或縮小,再加裝其它的部件,如壓氣機(jī)、風(fēng)扇等等就可以組裝成不同類(lèi)型的航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī).如渦扇、渦噴、渦軸、渦槳等等."先進(jìn)渦輪燃?xì)獍l(fā)生器計(jì)劃"實(shí)際上是一個(gè)有相當(dāng)前瞻意味的預(yù)研工程. 用今天的眼光來(lái)看,這個(gè)工程的指導(dǎo)方向無(wú)疑是正確的.美國(guó)的政府實(shí)際上是在激勵(lì)本國(guó)的兩大動(dòng)力公司向航空動(dòng)力系統(tǒng)中最難的部分開(kāi)刀.因?yàn)樵谌細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中最最嚴(yán)重的技術(shù)難點(diǎn)就產(chǎn)生在這個(gè)以燃?xì)獍l(fā)生器和燃?xì)鉁u輪為主體的燃?xì)夂诵臋C(jī)上.在每一臺(tái)以高溫燃?xì)鈦?lái)驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉁u輪為動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)上,由燃?xì)獍l(fā)生器和燃?xì)鉁u輪所組成的燃?xì)夂诵臋C(jī)的工作地點(diǎn)將是這臺(tái)發(fā)動(dòng)的最高溫度、最大壓力的所在地.所以其承受的應(yīng)力也就最大,工作條件也最為苛刻.但燃?xì)夂诵臋C(jī)的困難不只是壓力和溫度,高轉(zhuǎn)數(shù)所帶來(lái)的巨大的離心力、飛機(jī)在加速時(shí)的巨大沖擊,如果是戰(zhàn)斗機(jī)還要考慮到當(dāng)飛機(jī)進(jìn)行機(jī)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)載和因過(guò)載以引起的零部件變形.在為數(shù)眾多的困難中單拿出無(wú)論哪一個(gè)都將是一個(gè)工程上的巨大難題.但如果這些問(wèn)題不被解決掉那么更先進(jìn)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)也就無(wú)從談起. 在這個(gè)計(jì)劃之下,普惠公司與通用動(dòng)力公司都很快的推出了各自研發(fā)的燃?xì)夂诵臋C(jī).普惠公司的核心機(jī)被稱(chēng)作stf-200而通用動(dòng)力公司的燃?xì)夂诵臋C(jī)為ge-1.時(shí)至今日美國(guó)人在四十年前發(fā)起的這場(chǎng)預(yù)研還在發(fā)揮著他的作用,現(xiàn)如今普惠
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回答者：網(wǎng)友
