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樓主 |
發(fā)表于 2010-4-7 16:46:45
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設(shè)計(jì)理念
軍用渦輪扇噴射引擎幾乎都是雙軸(dual-pool stage),,有四大部分(1)雙軸系壓縮機(jī)(dual-axial compressor)由低壓壓縮機(jī)(LPC)及高壓壓縮機(jī)(HPC)組成,、(2)燃燒機(jī)、(3)雙軸系渦輪,,即高壓渦輪(HPT)及低壓渦輪(LPT),,(4)后燃器,。設(shè)計(jì)高性能渦輪扇噴射引擎必須要注重以下三大問題:
1,、避免壓縮機(jī)葉片因轉(zhuǎn)速過,快造成壓縮機(jī)后部各級堆積空氣,,或進(jìn)氣道氣流畸變而導(dǎo)致的失速(compressor surge),,故須有各種糾正措施。舉例說明,,J79-GE-15渦噴發(fā)動機(jī)依賴調(diào)整高低二級壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速比,,讓壓縮機(jī)在任何情況下能夠匹配。當(dāng)后部阻塞時(shí),,應(yīng)用前6級可變傾角靜子葉片,,調(diào)整角度以疏導(dǎo)氣流。氣流依序通過2級風(fēng)扇,、6級低壓壓縮機(jī)及7級高壓壓縮機(jī),,獲得總壓比17。千萬記住,,如何以最少的級數(shù)獲得高壓縮比,,才是判斷噴射發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的重要指標(biāo)。
2,、減輕壓縮機(jī)重量,,以使離心力及大量施功于空氣所生的機(jī)械負(fù)荷,,不超過制造壓縮機(jī)葉片所用合金所能承受的最大的機(jī)械強(qiáng)度。故前部壓縮機(jī)葉片可用鈦合金,,后部壓縮機(jī)葉片因溫度升高必須用其他耐高溫合金,。
3、使渦輪工作更有效,,以帶動壓縮機(jī)更快旋轉(zhuǎn),。所以必須要產(chǎn)生讓渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)更快的高溫氣體,同時(shí)減輕渦輪自身重量,。于是就須要提高渦輪進(jìn)氣溫度,,及應(yīng)用高強(qiáng)度及更耐來制造葉片。對渦輪葉片性能影響最大的是高溫合金的鑄造技術(shù),。當(dāng)然那根渦輪軸的加工精度也很重要,,否則摩擦熱會燒毀引擎。
技術(shù)指標(biāo)
1,、旁通比(BPR)= 旁通的氣體質(zhì)量 / 流進(jìn)核心機(jī)的氣體質(zhì)量,。高BPR意味著更少的空氣流過核心機(jī),所以提高總壓縮比就越容易,,這是渦扇噴射引擎的基本想法,。根據(jù)推進(jìn)效率,渦輪扇引擎在亞音速飛行中,,BPR越大,,燃油耗油率越低。另一方面,,低BPR說明更多的空氣流過核心機(jī),,在超音速飛行中,在加力狀態(tài)下,,低BPR能使單位流量推力增加,,燃油耗油率降低。
2,、總壓縮比(TPR) = 壓氣機(jī)后出口壓力 / 壓氣機(jī)前進(jìn)口壓力,。高總壓縮比使壓氣機(jī)和進(jìn)氣裝置的調(diào)節(jié)成為必要,且越來越復(fù)雜,。高總壓縮比也使渦扇引擎的壓氣機(jī)穩(wěn)定性裕度面臨極大考驗(yàn),,壓力越大越容易造成失速。所以遠(yuǎn)程轟炸機(jī)或民航機(jī)因?yàn)椴豁氉骷ち业臋C(jī)動,,不需極復(fù)雜的調(diào)節(jié)裝置,,可由提高TPR,來降低燃油耗油率,,增加航程,。但對于戰(zhàn)斗機(jī),,提高TPR 必須有節(jié)制。例如F119的TPR = 25,,EJ200 TPR = 26,。B 1引擎的TPR > 30。F100-PW-229受限于基本設(shè)計(jì),,將TPR從原來的25提高到34,,推力增加但重量也增加,推重比不變,。與其一味提高TPR,,不如以最少的壓縮級數(shù)來達(dá)到所需的壓縮比。
3,、前渦輪進(jìn)氣溫度(TIT),,戰(zhàn)機(jī)引擎的發(fā)展是通過提高TPR與TIT,來增加推力,,降低燃油耗油率,。TIT的提高,加上良好渦輪效率,,高溫氣體足夠有效帶動渦輪的運(yùn)動,,所以渦輪級數(shù)可降低。在研制時(shí),,AL-31F超重,,將均為二級的高低渦輪,各改為單級,,導(dǎo)致渦輪效率比設(shè)計(jì)值低4%,,通過提高TIT從1350C到1392C來補(bǔ)償,。BPR的選擇與TIT的極限有密切關(guān)系,,在相同的TIT限制下,例如 1600~1700K的極限下,,戰(zhàn)斗機(jī)的 BPR應(yīng)選擇0.15~0.5之間,,TPR = 20~30。
由于軍用引擎設(shè)計(jì)參數(shù)不容易取得,,但通過幾個(gè)特徵約可一窺全貌:
推重比(T/W),,TIT,TPR,,BPR
第一代渦輪噴射引擎的特征(用于Mig-17,,Mig-19):TIT ~ 1150K,TPR = 4~6,。
第二代渦輪噴射引擎的特征(用于Mig-21):TIT = 1200~1250K,,TPR = 8~10,。
第三代渦輪噴射引擎的特征(用于Mig-23):TIT = 1400~1450K,TPR = 13~15,,T/W = 5.5~6.5,。
第四代渦扇噴射引擎的特征(用于F-16或Su-27):TIT = 1600~1700K,TPR =20~25,,BPR ~ 0.6,,T/W ~8。
WS-6G發(fā)動機(jī)
WS- 6G(在1982年試驗(yàn)達(dá)設(shè)計(jì)指標(biāo))的參數(shù):TIT = 1473K,、TPR = ~19,、BPR = 0.62、T/W ~7,�,?梢奧S-6G的性能劣于第四代渦扇噴射引擎,但比第三代渦輪噴射引擎要好,。WS-9的BPR=0.78,,TPR=16.8 (compressor: 4 low pressure + 12 high pressure)。從設(shè)計(jì)指標(biāo)看來,,WS-6G比WS-9先進(jìn),。與西方第四代渦扇噴射引擎相比,WS-6G設(shè)計(jì)之主要差距,,表現(xiàn)在壓縮機(jī)效率與渦輪葉片合金的性能,。
WS-6G是典型缺乏市場觀念,中央計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)物,。上面一聲令下,,科研人員只負(fù)責(zé)把東西研制出來。首先最大138kn推力量級本就與現(xiàn)實(shí)不符合,,WS-6G 的最大推力應(yīng)該是90~110kn量級才是,,無論是單發(fā)或雙發(fā)都適合。
發(fā)動機(jī)的好壞對飛行性能有極大影響,。高BPR發(fā)動機(jī)高空高速性能不好,,F(xiàn)100-PW-100的BPR為0.71,到了F100-PW-129 的BPR~0.6,,到了F100-PW-229其各部件得到強(qiáng)化,,BPR變成0.33,總壓比達(dá)到34,,改善高空高速性能及降低耗油率,。以飛機(jī)持續(xù)轉(zhuǎn)彎率來說,與速度成反比,,與(n**2-1)**0.5成正比,,n為過載因子,。提高過載必須(1)低翼載,(2)高推力,,(3)低零升阻力(簡言之,,非升力產(chǎn)生的阻力)與低誘導(dǎo)組力(因升力產(chǎn)生的阻力)。因?yàn)榘l(fā)動機(jī)推力與高度,、速度有關(guān),,飛機(jī)能否飛出大過載,實(shí)際上受限于發(fā)動機(jī)的高空高速性能,,這在超音速機(jī)動中尤其重要,。 |
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