世界上推力最大的渦輪噴氣引擎

　　你知道世界上推力最大的火渦輪噴氣引擎是哪種嗎?它推力是多少噸?下面讓小編為大家介紹一下吧。

　　據(jù)了解，目前最大的扇渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是由勞斯萊斯公司制造的Trent XWB-97，該公司也是通用電氣的主要競爭對(duì)手。Trent XWB-97是一款三軸扇渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，扇直徑約3米，起飛時(shí)能產(chǎn)生高達(dá)97000磅(約合44000公斤)的推力。

　　對(duì)GE9X引擎的測試被視為波音777X系列飛機(jī)發(fā)展的重要一步。在波音777系列“巨無霸”飛機(jī)的基礎(chǔ)上，777X系列飛機(jī)座椅數(shù)達(dá)到406，預(yù)計(jì)2020年投入使用。目前該機(jī)型已有320架訂單，它也將成為世界上最大的商用客機(jī)，由于翼展過長，在有些機(jī)場內(nèi)還必須折疊起來

　　作為世界領(lǐng)先飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商之一，勞斯萊斯和另外很多企業(yè)一樣，在生產(chǎn)過程中運(yùn)用到了3D打印技術(shù)。100多年來，勞斯萊斯始終致力于飛機(jī)引擎制造研發(fā)。本周，他們?cè)贏irbus客機(jī)上投入使用了有史以來功能最強(qiáng)大的引擎。而這項(xiàng)記錄的誕生從某些程度上來說，歸功于引擎上由3D打印技術(shù)制作的一組先進(jìn)翼面。

　　TrentXWB系列渦扇噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，被廣泛認(rèn)為是近十年市場上出現(xiàn)的高質(zhì)量高效率的民用噴氣引擎之一。這也是一款十分暢銷的寬體噴氣式飛機(jī)引擎，已經(jīng)有超過40個(gè)商家購買了1，500多臺(tái)。自從Trent1000發(fā)布后，勞斯萊斯從未停下研發(fā)的步伐，試圖不斷突破飛機(jī)引擎的性能與穩(wěn)定性。近期，勞斯萊斯特為AirbusA350XWB提供了新型引擎。

　　正在研發(fā)的最新TrentXWB-97引擎專為AirbusA350-1000設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)在2017年投入使用。該引擎開發(fā)設(shè)計(jì)在兩年前開始，本周第一次試飛成功，日后TrentXWB-97也將代替Rolls-RoyceTrent900成為Airbus的新一代引擎。這次試飛成功不僅僅是XWB-97的里程碑，其中運(yùn)用的3D打印飛機(jī)引擎部件也是行業(yè)內(nèi)一次引入注目的成就。

　　TrentXWB-97前身為XWB-84，因?yàn)轱w機(jī)起飛時(shí)會(huì)產(chǎn)生84，000磅的推動(dòng)力而命名。如今97系列在沒有花費(fèi)多少額外功率的條件下就可以達(dá)到97，000磅，其中一部分原因就來自前軸承座里3D打印的翼面。這些由勞斯萊斯與謝菲爾德大學(xué)合作研發(fā)的翼型是目前為止組成飛機(jī)引擎最大規(guī)模的3D打印部件。

　　近來，勞斯萊斯在位于英國德比的工廠制造設(shè)備上投資了數(shù)千萬英鎊，將成為XWB生產(chǎn)的主站點(diǎn)。最新的3D打印技術(shù)可以讓其發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)過程更快捷，更省錢。據(jù)勞斯萊斯稱，3D打印讓他們?cè)谘邪l(fā)XWB-97的過程中，節(jié)省了三分之一的時(shí)間。

　　渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

　　渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)是完全依賴燃?xì)饬鳟a(chǎn)生推力。通常用作高速飛機(jī)的動(dòng)力，但油耗比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)高。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)分為離心式與軸流式兩種，離心式由英國人弗蘭克·惠特爾爵士于1930年發(fā)明，但是直到1941年裝有這種發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)才第一次上天，也沒有參加第二次世界大戰(zhàn);軸流式誕生在德國，并且作為第一種實(shí)用的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)Me-262的動(dòng)力于1944年夏投入戰(zhàn)場。相比起離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，軸流式具有橫截面小，壓縮比高的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)今的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)大多為軸流式

　　相關(guān)概念

　　基本參數(shù)
推力重量比(Thrust to weight ratio)：代表發(fā)動(dòng)機(jī)推力與發(fā)動(dòng)機(jī)本身重量之比值，愈大者性能愈好。

　　壓氣機(jī)級(jí)數(shù)：代表壓縮機(jī)的壓縮葉片有幾級(jí)，通常級(jí)數(shù)愈大者壓縮比愈大。

　　渦輪級(jí)數(shù)：代表渦輪機(jī)的渦輪葉片有幾級(jí)。

　　壓縮比：進(jìn)氣被壓縮機(jī)壓縮後的壓力，與壓縮前的壓力之比值，通常愈大者性能愈好。

　　海平面最大凈推力：發(fā)動(dòng)機(jī)在海平面高度及條件，與外界空氣的速度差(空速)為零時(shí)，全速運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的推力，被使用的單位包括kN(千牛頓)、kg(公斤)、lb(磅)等。

　　單位推力小時(shí)耗油率：又稱比推力(specific thrust)，耗油率與推力之比，公制單位為kg/N-h，愈小者愈省油。

　　渦輪前溫度：燃燒後之高溫高壓氣流進(jìn)入渦輪機(jī)之前的溫度，通常愈大者性能愈好。

　　燃?xì)獬隹跍囟龋簭U氣離開渦輪機(jī)排出時(shí)的溫度。

　　平均故障時(shí)間：每具發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生兩次故障的間隔時(shí)間之總平均，愈長者愈不易故障，通常維護(hù)成本也愈低。

　　推進(jìn)效率在馬赫數(shù) Ma<0.6 的速度下渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)效率最高。而當(dāng)速度提高到馬赫數(shù) 0.6-0.9 時(shí)，螺旋槳/渦輪組合的優(yōu)越性在一定程度上被內(nèi)外涵發(fā)動(dòng)機(jī)、涵道風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)所取代。這些發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣比純噴氣的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流量大而噴氣速度低，因而，其推進(jìn)效率與渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)，超過了純噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率。在亞音速(Ma<1.0)條件下，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率最低。當(dāng)飛機(jī)飛行速度超過音速后(Ma>1.0)，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)由于迎風(fēng)面積過大從而推進(jìn)效率開始降低;與此相反,渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率則迅速提升,即使在馬赫數(shù) 2.5-3.0 范圍下,渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率仍然可以達(dá)到 90%，正因?yàn)槿绱?，與三代機(jī)普遍使用的涵道比為0.5-0.8的中等涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)相比，F(xiàn)-22使用的F-119渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)把涵道比降回到0.29，為的就是能夠?qū)崿F(xiàn)(Ma1.4)的超音速巡航。每種發(fā)動(dòng)機(jī)都有它們最佳使用的飛行包線(由速度x/高度y構(gòu)成的xy坐標(biāo)系)，并不是說渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)一定比渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)省油，而在超音速時(shí)，同樣開加力燃燒室的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)比渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率還高。

　　工作原理

　　現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，戰(zhàn)斗機(jī)的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)仍屬于熱機(jī)的一種，就必須遵循熱機(jī)的做功原則：在高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。因此，從產(chǎn)生輸出能量的原理上講，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是相同的，都需要有進(jìn)氣、加壓、燃燒和排氣這四個(gè)階段，不同的是，在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中這4個(gè)階段是分時(shí)依次進(jìn)行的，但在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中則是連續(xù)進(jìn)行的，氣體依次流經(jīng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分，就對(duì)應(yīng)著活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)工作位置。

　　空氣首先進(jìn)入的是發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道，當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，可以看作氣流以飛行速度流向發(fā)動(dòng)機(jī)，由于飛機(jī)飛行的速度是變化的，而壓氣機(jī)適應(yīng)的來流速度是有一定的范圍的，因而進(jìn)氣道的功能就是通過可調(diào)管道，將來流調(diào)整為合適的速度。在超音速飛行時(shí)，在進(jìn)氣道前和進(jìn)氣道內(nèi)氣流速度減至亞音速，此時(shí)氣流的滯止可使壓力升高十幾倍甚至幾十倍，大大超過壓氣機(jī)中的壓力提高倍數(shù)，因而產(chǎn)生了單靠速度沖壓，不需壓氣機(jī)的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　進(jìn)氣道后的壓氣機(jī)是專門用來提高氣流的壓力的，空氣流過壓氣機(jī)時(shí)，壓氣機(jī)工作葉片對(duì)氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高。在亞音速時(shí)，壓氣機(jī)是氣流增壓的主要部件。

　　從燃燒室流出的高溫高壓燃?xì)?，流過同壓氣機(jī)裝在同一條軸上的渦輪。燃?xì)獾牟糠謨?nèi)能在渦輪中膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，平衡狀態(tài)下氣流在渦輪中膨脹所做的功等于壓氣機(jī)壓縮空氣所消耗的功以及傳動(dòng)附件克服摩擦所需的功。經(jīng)過燃燒后，渦輪前的燃?xì)饽芰看蟠笤黾?，因而在渦輪中的膨脹比遠(yuǎn)大于壓氣機(jī)中的壓縮比，渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機(jī)進(jìn)口高很多，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力就是這一部分燃?xì)獾哪芰慷鴣淼摹?/p>

　　從渦輪中流出的高溫高壓燃?xì)?，在尾噴管中繼續(xù)膨脹，以高速沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸向從噴口向后排出。這一速度比氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的速度大得多，使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得了反作用的推力。

　　一般來講，當(dāng)氣流從燃燒室出來時(shí)的溫度越高，輸入的能量就越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力也就越大。但是，由于渦輪材料等的限制，只能達(dá)到1650K左右，現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)有時(shí)需要短時(shí)間增加推力，就在渦輪后再加上一個(gè)加力燃燒室噴入燃油，讓未充分燃燒的燃?xì)馀c噴入的燃油混合再次燃燒，由于加力燃燒室內(nèi)無旋轉(zhuǎn)部件，溫度可達(dá)2000K，可使發(fā)動(dòng)機(jī)的推力增加至1.5倍左右。其缺點(diǎn)就是油耗急劇加大，同時(shí)過高的溫度也影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，因此發(fā)動(dòng)機(jī)開加力一般是有時(shí)限的，低空不過十幾秒，多用于起飛或戰(zhàn)斗時(shí)，在高空則可開較長的時(shí)間。