飞机有几个发动机
飞机有几个发动机推荐文章1:成飞“六代机”再次试飞,为何采用三发构型?受限于发动机性能?
那片众所周知的“银杏叶子”又一次飞上了天空!相比去年年底的首飞,在此次的飞行中这片“银杏叶子”收起了起落架,关闭了机翼翼尖的开缝式机动襟副翼,整体线条看起来流畅了许多。当然,咱们能说的也就这么多了,关于没有公开的装备,我们的态度一以贯之:一切以官方公布的为准。
所以,今天我们主要来研究具体的技术问题。咱们都知道,相比前几代战斗机,新一代作战平台在航空发动机的配备上,出现了重大的技术革新。
原先的几代主战机型基本都采用了单发或双发的设计,除了极少数未能走到量产阶段的技术验证机,几乎没有采用三发动机构型的战斗机。而新一代作战平台则独辟蹊径,使用了一个极其特殊的三发动机构型。
NGAD想象图
这还不算,从美国的NGAD的部分流出的设计(可能已经成为废案)看,美国的NGAD在概念研究阶段甚至很认真地考虑过使用四台F-414型中等推力涡扇发动机、两台发动机并联共用一个进气道/喷口的构型。
这让新一代作战平台,在动力系统的选择上,越来越像是一架轰炸机。三/四发动机的构型,更是超过了我们绝大多数军迷,对于战术飞机通常的认知范畴。
美国也曾尝试过三发构型,例如NR-349截击战斗机项目
那么,新一代作战平台为何会选择三发/四发动机这种特殊的构型?为何在先前的战术飞机里少见此类设计?
以往的飞机设计
先说前几代战术飞机的设计取舍和性能选择。从航空发动机的发展来看,在上世纪70年代到80年代,军用小涵道比中等推力涡轮风扇发动机、大推力涡轮风扇发动机各自出现了几个代表:
F-404航空发动机
前者的典型代表是美国的F-404系列,苏联的卡莫夫RD-33,最大军推60千牛一级,最大加力推力90千牛一级,发动机重量在1.2吨左右。
后者的典型代表是美国的F-100/110,苏联的AL-31F,最大军推80到90千牛一级,最大加力推力120到130千牛一级,发动机重量1600到1800千克,这就是典型的第三代大推的基本技术性能。
F-15与苏-27
而当时,典型的几种第四代作战飞机中,比如F-15C战斗机,空机重量12.7吨,典型空战构型下起飞重量20吨左右,最大起飞重量30.82吨,在使用两台F-100型发动机的情况下,就可以确保空战最大加力时推重比过1。
比如苏-27型战斗机,空机重量16.8吨,典型空战重量(5吨燃油,1吨弹药,0.5吨给飞行员、滑油等)23.3吨,使用两台AL-31F也可以确保空战时最大推重比过1了,配套飞机的翼载荷和升阻比性能等,足以确保这两种战术飞机的超音速性能,包括高空最大速度,加速性能等。
所以,对于第四代战斗机来说,中型战斗机使用双中推/单大推,重型战斗机使用双大推,完全能够满足相应的空战性能的需求了。
六代机的难题
但是等到新一代作战平台出现的时候,完了,坏菜了。
F-16与苏-30同框
首先是飞机的机体重量出现了极大的提高,我们都知道从第四代战斗机到第五代战斗机,飞机的机体重量是呈现出递增趋势的:如第四代中型战斗机代表(F-16、歼-10)等,空机重量是8到9吨这个级别,第四代重型战斗机空机重量就普遍是13到16吨这个级别。
而到了第五代战斗机上,中型战斗机(如F-35等)空机重量已经达到了12吨以上,达到了第四代重型战斗机早期型的水平,重型战斗机(如F-22A)空机重量甚至接近20吨,还好第五代航空发动机基本做了性能上的兜底。
但是新一代作战平台,它的空重相比第五代战斗机又有了更大的提高,如果说第五代重型战斗机基本上是空机重量18到20吨,最大起飞重量35吨到38吨这个区间。
那么,新一代作战平台的重型型号,空机重量不会低于25吨,最大起飞重量加上12到15吨燃油和3到4吨的弹药妥妥的突破40吨,这一点在美国的NGAD设计设想中,已经不止一次被明确了。
毕竟,新一代作战平台所要求的大航程、尤其是超音速巡航条件下的大航程性能,配备有极其完备的大孔径相控阵雷达和光电雷达,甚至要求搭载机载算力中心,以支持CCA机型作战等性能等,都要求这架飞机的体量绝对小不下来。
最典型的,要求大航程,那么机内燃油就要多,机内燃油多,在燃油系数一定的情况下,机体重量就下不来,就是这么简单。
如何解决难题
新一代作战平台的空机重量、最大起飞重量提升巨大,航空发动机的升级却没有相应跟上。
F-119航空发动机
如今堪用的航空发动机,第四代小涵道比大推力航空发动机以F-119为代表,基本上还是维持在最大加力推力160千牛这个级别上。这个数据相比第三代小涵道比大推力涡扇发动机强,但是继续往上堆推力难度就有点大了。现有的材料和涡轮前温度在现有的发动机工作体制下,快要堆到极限了。
目前,F-135发动机堆到190千牛这个级别的推力靠的是扩大涵道比,推力确实提高了,但是相比小涵道比涡轮风扇发动机,它的超音速性能下降了,难以满足新一代作战平台对超音速性能的要求。
美国YF-23验证机
而如果不惜成本维持小涵道比设计继续堆推力,反过来的问题是,发动机耗油率上去了,那新一代作战平台的超音速巡航条件下的航程性能,又达不到要求了。所以,航空发动机就变成了新一代作战平台研发上最大的拦路虎。
按照现有的第四代大推力航空发动机性能,两台小涵道比的第四代大推力航发最多可以确保320千牛左右的最大加力推力,200千牛以上的军推推力。如果新一代作战平台的空战重量为40吨吧,那么它的加力推重比只有0.8,军推推重比0.5,这个性能指标甚至已经已经落后于大部分第四代战斗机。
即使新一代作战平台的减阻和升阻比性能更为优异,也难以完全挽回推重比上的劣势。而要在双发的情况下,确保新一代作战平台的推重比性能和第五代战斗机持平,单台发动机加力推力不会小于20千牛,按照旧技术体制研发的航发已难以达成。
所以,新一代作战平台的动力组选择,使用双四代大推已经难以满足需要,而五代大推现在又搞不出来。经过性能权衡后,使用三大推甚至使用四中推就是自然而然的选择。
相比之下,三大推还是比四中推要好一些。毕竟,假设单发动机系统可靠性为95%的话,那么4发可靠性只有81%,3发可靠性为85.7%,二者之间的差距是存在的。而在使用三大推的情况下,基本可以确保整机有300千牛的军推推力,基本上可以确保其军推推重比在0.75左右。
这个数据其实已经超过典型第四代战斗机的水平了,和第五代战斗机的水平旗鼓相当,足以在超音速飞行性能和超音速巡航能力之间达成均衡。
新一代作战平台的内构想象图
所以,对于新一代作战平台来讲,在新体制大推力涡扇发动机暂未出现的情况下,目前的选择就是最佳选择,使用三台第四代小涵道比大推力涡轮风扇发动机足以确保新一代作战平台能够达到相应技术性能。
从技术发展的角度看,现有体制的涡扇发动机也并非发展终点,一些新体制的航空发动机也在逐步涌现。比如目前最有希望的变循环航空发动机,就有可能在大推力、涵道比可调、不同速度范围下的工况改变上,达成均衡。
最近网上疯传的新一代作战平台起飞画面,大概率是CG图
当然,目前的新一代作战平台肯定是用不上了,无论是中国还是美国,还是欧洲,下一代作战飞机基本确定还是会以第四代涡扇发动机和其技术改进型作为动力组。变循环发动机以目前研发进度分析,应当会在2035年到2040年左右成为第七代战斗机的动力组,离现在还远得很。
飞机有几个发动机推荐文章2:“四发”PK“双发”:客机发动机越多就越安全吗?
如果你坐飞机时发现机翼下挂着四台发动机,可能会觉得:“哇!四台发动机,这飞机一定超级安全!” 但如果你看到机翼下只有两台发动机,又可能会皱眉:“才两台?省钱省过头了吧?” 事实上,客机到底是“双发”还是“四发”,可不仅仅是看谁的发动机多,而是一个科学、经济、技术多方面平衡的结果。
一开始,客机都是“四发”的泛美航空于1958年引入波音707客机,成为波音707的启始客户
回到喷气式客机刚诞生的年代,那时候的发动机还不太给力,推力小、故障率高,单靠两台发动机飞洲际航线?别闹了,万一坏了一台,剩下一台能不能撑回机场都是个问题。
DC-8-21
1954年5月出厂的波音367-80
所以,那时候的大型客机,比如波音707、DC-8、伊尔-62,基本都是四台发动机,以确保航程足够、推力够大、出了问题还能飞。
汉莎航空的波音747-8I,可见舷窗已经由747-400的方形改为与777同样的圆形
到了后来的波音747、空客A340这些大家伙,四发设计就更是理所当然了。毕竟,要扛起几百吨的起飞重量,靠两台发动机?推力怕是得爆表。
后来,双发客机开始占上风波音7X7(767-200型)
随着发动机技术的进步,涡扇发动机的推力越来越大,可靠性也越来越高。上世纪80年代,波音767和空客A300等双发客机的出现,逐渐打破了四发客机的垄断。
但这里有个大问题——远程飞行时,万一双发飞机的其中一台发动机坏了怎么办?总不能直接掉海里吧?这时候,ETOPS标准(延程双发运营标准)登场了。简单来说,就是规定了双发飞机在单发状态下,必须能在一定时间内飞到最近的机场迫降。随着ETOPS认证从60分钟、120分钟一路发展到300多分钟,双发飞机的可飞行区域越来越大,跨洋航线再也不是问题。
波音777于1994年6月12日进行首飞
于是,我们今天看到的波音777、787、空客A330、A350,统统都是双发的,它们不仅能飞远,还比四发飞机省油、省维护费用,航空公司当然更愿意买。
那四发飞机是不是就没用了?当然不是!四发飞机依然有它们的独特优势,主要体现在以下几个方面:
A380-800在单舱等情况下最高载客量可达853人
超大运力:像空客A380、波音747这种巨无霸,专门负责运载大量乘客,四台发动机让它们能载更多人、飞更远的航线。极端环境飞行:有些航线,比如南极、北极或者极长的跨洋航线,四发飞机在安全性和航程上的优势依然明显。军事用途:像美国的C-5“银河”、C-17“环球霸王”这些军用运输机,四发仍然是主流,毕竟拉军备、飞战区,还是多几台发动机心里踏实。C-17“环球霸王
不过,随着航空公司越来越注重经济性,A380已经停产,747也在逐渐退出历史舞台,未来的商用客机基本都是双发天下。
发动机越多就越安全吗?这可不一定!虽然理论上来说,四发飞机在单台发动机故障的情况下依然能稳定飞行,但现代的双发飞机在安全性上也已经非常可靠。
事实上,发动机越多,维护难度和故障率反而会上升。因为你得照顾四台发动机,检查四台涡轮,换四套机油……而双发飞机的发动机往往更新、更先进,一台顶过去两台,可靠性一点不比四发差。
所以,今天的航空安全标准已经非常严格,无论是双发还是四发飞机,安全性都有保障,关键在于如何平衡运营成本和飞行需求。
总结:双发才是未来,四发逐渐谢幕四发飞机曾经是远程航线的王者,但随着发动机推力升级、燃油效率提升、ETOPS认证提高,双发飞机已经取代了四发飞机的主流地位。未来,你会在天上看到越来越多的波音787、空客A350,而像747、A380这种四发巨无霸,将逐渐成为航空博物馆的展品。
至于你问“发动机越多越安全吗?” 答案是:只要飞机经过严格认证,该有的安全措施都有,双发、四发都一样安全! 航空公司选择哪种飞机,更多是经济账,而不是单纯追求“多一台发动机更安全”。
所以,下次坐飞机别再纠结是双发还是四发了,放心系好安全带,享受飞行就好!
飞机有几个发动机推荐文章3:世界上最强大的12台飞机发动机
随着时间的推移,“引擎”已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。现在,无论是汽车、摩托车、卡车,甚至是飞机,如果没有发动机,它们都只是一个无用的金属垃圾。与我们汽车中的发动机不同,安装在飞机上的发动机是专门设计的并且非常复杂。
您知道吗?第一次用于飞机的内燃机是在第一次世界大战期间制造的,并被命名为 Gnome Omega。与早期不同的是,今天存在多种类型的飞机发动机,例如活塞、汪克尔、涡轮和蒸汽动力发动机等等。
制造这些巨大机器的几家领先的跨国公司是通用电气、劳斯莱斯控股公司、普惠公司和其他一些公司。在这里,我们根据推力、功率和总容量等几个参数汇总了世界上 12 种最强大的飞机发动机的列表。
12. CFM56-7 系列推重比:3.7:1
CFM56-7 是 CFM 国际公司制造的 CFM56 系列发动机的最新版本,于 1995 年首次亮相。 最大起飞推力(较新型号)为 27,300 ibf,是为下一代波音 737 提供更好燃料的完美发动机效率并降低维护成本。该发动机的其他主要应用是波音? KC-135 Stratotanker 和空中客车 A320 系列。
11.通用电气TF39推重比:5.4:1
总部位于美国的跨国公司通用电气制造的 TF39 专门用于满足洛克希德生产的东西 C-5 星系的需要,该 C-5 星系是世界上最大和最重的军用运输机之一。虽然发动机现已解散,但它是有史以来第一台生产的高涵道涡扇喷气发动机。它也是 1960 年代第一台引入革命性 1? 级风扇叶片的涡轮风扇发动机,其涵道比为 8:1。
10.进步D-18T推重比:5.7:1
Progress D-18T 是一种高涵道涡扇飞机发动机,专门设计用于为重型运输机提供动力。它由 Ivchenko-Progress 制造,同时牢记重型飞机的需求。目前,Progress D-18T 仅用于安东诺夫 An 124 和 An 225 战略运输机。发动机干重4100公斤,最大推力230KN。由于用途有限,自 1982 年以来,该发动机仅生产了 188 台。
9.通用电气CF-6推重比:5.08
通用电气 CF-6 是通用电气航空生产的最强大的高涵道涡扇发动机系列之一。目前,它被用于许多商业客机,包括空中客车(A300、A310、A330)、波音(747、767)和麦克唐纳道格拉斯。该发动机配备两台高压和四台低压涡轮,最大推力值为274 KN。此外,它长4.65米,重量超过4100公斤。
8.劳斯莱斯遄达700推重比:51.35 N/kg
劳斯莱斯遄达 700 是一款强大的涡扇发动机,主要用于现代空中客车 A330。在 1980 年代后期,当新的 A330 推出时增加了重量,劳斯莱斯计划设计一种新的、更强大、更重的发动机来适应它,他们后来将其命名为遄达 700。
它于 1995 年 3 月首次在国泰航空服役,最大推力等级高达 316 KN。早在 2009 年,该公司就推出了 Trent 700 的升级版 Trent 700EP(增强性能),并进行了一些必要的改进。
7.通用电气GEnx推重比:5.15/5.56
通用电气 GEnx(下一代)是一种高性能旁通涡扇喷气发动机,主要源自通用电气的 GE90 发动机。它采用了 GE90 的许多功能,包括激进的复合风扇技术。
该发动机于 2008 年首次商用,目前用作波音 747-8 和 787 梦想飞机的前线发动机。最大推力可达330 KN,干重5800公斤。它还具有减少燃油消耗的技术,这也有助于降低发动机噪音。
6.劳斯莱斯遄达1000推重比:6.1
劳斯莱斯遄达 1000 从前几代遄达引擎发展而来,旨在满足波音 787 梦想上飞机的需求。早在 2004 年前,波音公司就决定为其客户提供在新梦想飞机系列的两种发动机之间进行选择的选项。结果,通用电气 GEnx 和遄达 1000 最终确定。
马达 1000 为第一架波音 787 的首次试飞和首次商业飞行提供动力。发动机干重6000多公斤,最大推力265.3–360.4 kN。
5.发动机联盟GP7000推重比:5.197
发动机联盟 GP7000 是一款涡扇喷气发动机,目前为世界上最大的客机空中客车 A380 提供动力。它于 2004 年 4 月首次推出,是全球三大飞机发动机制造商中的两家通用电气和普惠公司合作的结果。它应该被称为超级发动机联盟,imo。
4.劳斯莱斯遄达900推重比:5.46/6.11
遄达900是一系列涡扇发动机,是遄达发动机家族成员之一。它于 2004 年首次使用,有四种变体,用于不同的客机。配备116英寸宽的低压压缩机风扇,总重量超过6200公斤。它拥有最强大的发动机之一,最大推力值为 374 KN。这是他家族中第一台配备先进发动机健康监测系统的发动机。
3.劳斯莱斯遄达XWB推重比:5.25
罗尔斯·罗伊斯遄达 XWB 适用于空中客车 A350 XWB 的涡扇喷气发动机系列。它于 2010 首次成功测试并开发为波音 787 梦想成为飞机的竞争对手。它有五个变体,最大的风扇直径为 118 英寸。高级版的最大推力为430 KN。劳斯莱斯在卡塔尔航空公司和空中客车 A350-1000 使用这些发动机。
2. 普惠 PW4000推重比:6-7
Pratt & Whitney PW4000-112 是 PW4000 系列的最新成员,其推力范围比以前的任何型号都高。普惠公司于 1984 年首次开始制造 PW4000。它被许多客机使用,包括空客(A300、A310、A330)、波音(747-400、767、777、KC-46)和麦克唐纳道格拉斯 MD-11 . PW4000-112 于 1995 年进入商用航空业,作为波音公司 777 变体的三种选择之一。
1.通用电气GE90推重比:5.59
GE90独特的叶片设计来自美国宇航局的高能效实验桨扇GE36(UDF)。由于一些技术和财务问题,GE36 的想法被放弃后,通用电气在其新设计的 GE90 中采用了相同的风扇设计,并使其商业化。
该发动机于 1995 年在英国航空公司成功亮相,为其全新的波音 777 机队提供动力。 GE90 提供的更高推力和更高的运营成本优势是世界主要客机将 777-300ER 视为未来替代广受欢迎的 747-400 的主要原因之一。
发动机叶片由复合材料制成,因此可以在更高的温度下工作。它用于最大的飞机之一波音 777,推力等级在 330 至 513 KN(高推力变体)之间创下了世界纪录。它为三架 777 型飞机提供动力——200LR、-300ER 和 -200F。
飞机有几个发动机推荐文章4:盘点十大经典喷气发动机及未来展望
文/ 司古如是说
80多年来,喷气发动机一路坎坷,一路创新。如果罗列一下,创新点其实数不清,但是如果想要短平快地浏览一下。那么以下这10次创新行动可以作为典型案例加以考虑。
1 德国容克尤莫004B尤莫004B素来被称作“涡喷王子”。它是世界上第一款量产涡喷发动机,1944年开始批量生产,二战中产量超过5000台。主要装备Me 262和Arado Ar 234。德国人在004B上使用了不少创新技术,比如空心涡轮叶片和辅助燃油喷射,德国人甚至准备采用加力燃烧系统。004B自重约1600磅,推力1980磅。换算一下推重比,大约是1.2左右。这就是喷气时代的发端。
2 通用电气I-40/J-33P-80“流星”战斗机使用的离心式涡喷发动机,是I-16/J-31的改进型。I-40/J-33开始大量使用特种合金材料。燃烧室使用铬镍铁合金(Inconel)、涡轮喷口使用铬钴钨硬质合金(Stellite),涡轮盘采用镍基高温合金(Hastelloy B)。自重1850磅,推力4000磅,通过喷水和酒精可以进一步提升到5400磅,推重比接近3。I-40是第一种利用喷射水和酒精提升动力的量产喷气发动机。
3 1946 罗罗“达特”涡轮螺旋桨发动机如果涡轮喷气发动机的涡轮动力更多地被用于驱动加速器进而带动螺旋桨,而不是用于产生强大的反冲动力,那么这样的发动机就是涡轮螺旋桨发动机。1946年出现的罗罗RB.53“达特”(Dart)是涡轮螺旋桨发动机的早期杰作。它是维克斯“子爵”——世界上首款投入运营的商用客机的动力系统。“达特”从上世纪40年代末一直生产到1987年,算是相当高寿的涡轮螺旋桨发动机
4 普惠J-571953年在JT-3(JT-3是波音707和道格拉斯DC-8的动力)基础上发展的J-57是世界上第一种采用双转子设计的轴流式喷气发动机,具有相当好的加速性能。J-57也是世界第一款推力超过10000磅的发动机。JT-3的压气机和涡轮都分为低压段和高压段,彼此通过两根相互嵌套的长轴连接,实现低压段和高压段的两种转速。这一创新显著改善了发动机性能。
5 通用电气J79发动机要适应各种工作环境,其内部流场环境如能做到调整最为理想。1955年推出的通用电气J79率先采用了可调定子设计,通过调整进气导流片的角度,让发动机在更宽的环境中保持良好工作状况。J79为单轴设计,采用17级压气机和3级涡轮。重3850磅,推力11905磅,加力推力17835磅,推重比4.6。
6 1960s 罗罗 “康威”涡轮风扇发动机在喷气发动机研究中,人们发现涡喷发动机如果在压气机前端开环缝,让一部分空气从热端外侧流过,发动机经济性反而提升。这就是最初的涡轮风扇概念的萌发。20世纪60年代投入使用的罗罗“康威”发动机成为世界上第一种量产涡轮风扇发动机。它采用双转子设计,配备16级压气机和3级涡轮,重量4544磅,推力17500磅,成为一款经济性非常优越的动力系统。
7 1969 罗罗RB211三转子涡轮风扇发动机在双转子涡扇发动机盛行的时代,英国人试图继续实现转子系统的速度多样性。在两级套轴的基础上试图再增加一根套轴,实现三转子系统。这就是RB211发动机的独门秘笈。但是挑战这项绝活当时烧掉了1.7亿英镑,几乎让罗罗破产。英国政府在关键时刻接盘罗罗,实行国有化,最终让罗罗完成了RB211。RB211以59000磅的推力,成为大型商用飞机动力典范。RB211及其三转子技术衍生出的“遄达”系列航空发动机,奠定了罗罗此后半世纪的江山。
8 1970s 普惠F10020世纪70年代研制完成的普惠F100双转子涡扇发动机是首次把推重比提升到接近8的军用发动机。它采用13级压气机和4级涡轮,双转子设计。F100不仅体现在推重比的阶跃上,更体现在漫长艰辛的研制完善过程。从研制到成熟,几乎用去了30年时间。充分体现了现代先进航空发动机研制的高难挑战。
9 1990s 普惠F119涡轮风扇发动机首款推重比实现9一级的涡轮风扇发动机。F119是美国长期航空动力预研投入的结晶。采用双轴设计,9级压气机和两级对转涡轮。重量3900磅,推力35000磅。F-22的超音速巡航能力,几乎全要依赖它。
10 2000s 普惠PW1000G齿轮传动风扇发动机转子系统的多速度系是提升发动机经济性的好办法。通过研究,人们发现迫切需要调整速度的是商用发动机的大风扇——目前它的转速偏大,实际上需要更低。传统的用中央纵轴直连驱动的办法没法减速,因为后面的压气机不能减速。普惠提出了用行星齿轮系驱动风扇的新办法,由此产生PW1000G系列齿轮传动涡扇发动机。这样就实现了风扇、低压压气机/低压涡轮、高压压气机/高压涡轮三种转速,提升
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