【軍武次位面】 作者：風林火山
發動機是飛機的心臟。 在菜特兄弟之前,儘管許多人做了不少飛行試驗,但都沒有得到令人滿意的結果。 其中一個重要原因,就是發動機十分笨重,效率不高。 從螺旋槳到噴氣式,從亞音速到3馬赫,航空技術的每一項重大突破都與發動機密切關連。 所有的航空大國都把發動機技術列為最需要保守的機密之一;美國在削減軍費的情況下,反而增加航空發動機的研製經費;而俄羅斯靠著先進的發動機技術,竟能彌補電子技術與美國的差距,使戰機的總體水準與美國抗衡。
▲蘇-27優異的機動性與其配套得AL-31F發動機分不開
今天,軍用用飛機最常用的發動機是渦輪噴氣發動機和渦輪風扇發動機,我們經常看到的所謂渦噴發動機和渦扇發動機,分別是它們的簡稱。 有的軍用運輸機採用渦輪螺旋槳發動機,它被簡稱為渦槳發動機。 渦輪噴氣發動機主要由壓氣機、燃燒室、渦輪、噴管等組成。 有的還帶有加力燃燒室,稱為加力式渦輪噴氣發動機。 渦輪噴氣發動機的基本工作原理是:由渦輪帶動壓氣機旋轉,使進入發動機的空氣增壓;空氣增壓後,進入燃燒室與燃料混合燃燒,產生高溫、高壓燃氣,高溫、高壓燃氣推動渦輪轉動做功,並經尾噴管高速噴出產生反作用推力,從而推動飛機前進。
▲米格-15使用的RD-45離心式渦噴發動機是第一代渦噴發動機的代表，
其仿製于英國羅羅公司的尼恩發動機
▲F-100-PW-220渦扇發動機造就了F-15和F-16一代經典
加力式渦輪噴氣發動機經過渦輪後的燃氣再次與燃料混合,在加力燃燒室內燃燒,增加由噴管排出的燃氣的動量,使發動機的推力顯著增大。但是,使用加力會使發動機的燃料消耗過速,因此加力的使用時間必須有嚴格的限制。渦輪風扇發動機是在渦輪噴氣發動機的基礎上發展起來的。它以原有的渦輪噴氣發動機構成內涵通道,在此基礎上加裝由渦輪帶動的風扇和外涵道。因此這種發動機又叫內、外涵發動機。與渦噴發動機相比,渦扇發動機的推力加大,巡航油耗降低,因此在現代軍用飛機中得到了廣泛的運用。目前,較先進的戰鬥機、戰鬥轟炸機、轟炸機幾乎全部選用了渦扇發動機。從技術分類看,渦扇發動機又分為兩類,一類是高涵道比渦扇發動機,主要用於大型轟炸機、運輸機,它的突出特點是推力大、重量輕、耗油率低和噪音小;但發動機直徑大,耗氣量高,不適於裝在瘦小的戰鬥機上。現代戰鬥機大多採用低涵道比渦扇發動機,這種渦扇發動機結構緊湊、推重比大,雖然油耗高於高涵道比渦扇發動機,但卻大大低於渦噴發動機,適應了高性能戰鬥機的需要。
▲高涵道比渦扇發動機主要用於大型飛機，伊爾-76、運20、轟6K都是使用俄羅斯的D-30發動機
噴氣發動機最常見的性能資料有:尺寸與重量推力、油耗、推重比等等。噴氣發動機的尺寸一般用長度和最大直徑表述,單位使用毫米;重量以公斤為單位。尺寸與重量是發動機最基本的性能資料,在同等推力條件下,當然尺寸重量越小的發動機越好。仔細對比不同發動機的尺寸重量,你可以發現一些有意思的現象。同等推力的渦扇機與渦噴機相比,一般重量輕、長度較短,最大直徑則較大;這是因為渦扇機是在渦噴機的基礎上增加了外涵道,所以直徑較大;而渦扇機的效率較高,所以重量輕、長度較短。有時,兩台推力相近的發動機,重量較重的尺寸反而略短,說明這台發動機的結構緊湊,裝到飛機上會節省空間。
▲低涵道比渦扇發動機主要用於小型戰鬥機，如中國殲10所採用的ws-10發動機
推力是噴氣發動機的重要性能指標,推力的單位常用千牛頓,簡稱千牛;也可用千克或公斤。它們之間的換算方式是:1000公斤=980千牛。,通常在發動機的性能指標中,我們可以看到兩種推力資料,一個是最大推力,西方也稱為軍用推力,是發動機不使用加力時的最大推力;另一個是加力推力,有些地方也表述為起飛推力,是打開加力時的最大推力。現代戰鬥機使用的噴氣發動機按照推力大小大體分為兩檔:推力在1000公斤以上的屬於大推力發動機;推力在8000公斤上下的為中等推力發動機。像F-15、蘇-27那那樣的重型戰鬥機使用兩台大推力發動機,類似F-16的小型戰鬥機則採用一台大推力發動機;中等推力發動機多以雙發形式用於中型戰鬥機上,如:美國的F-18、法國的“陣風”、歐洲多國聯合研製的“颱風”、俄羅斯的米格-29以及我國的殲-8Ⅱ等等。也有以單發形式用於輕型戰鬥機的情況,像瑞典的JAS-39、我國的FC-1等。推力更小的小推力發動機則多用於軍用教練機和無人機。
▲米格-29使用的RD-33發動機是出了名的耗油高，目前殲-31就是使用這款發動機
發動機的油耗也稱耗油率,它的計算單位是公斤每公斤每小時。某發動機耗油率為0.7公斤每公斤每小時,意思就是該發動機發出1公斤推力在1小時內要消耗燃油0.7公斤。同一台發動機在不同工作狀態下的耗油率是不一樣的,因此,性能指標中給出的耗油率只是某些特定情況下耗油率。通常包括巡航耗油率和加力耗油率。目前比較先進的戰鬥機發動機,如用於F-15和F-16的F100PW-229型渦扇發動機,它的巡航耗油率為0.647公斤/公斤・小時,加力耗油率為1.94公斤/公斤・小時。上述發動機的加力推力為13199公斤,推算下來,以加力推力飛行1分鐘,就要消耗燃油427公斤。比較而言,渦扇發動機的巡航油耗較低,渦噴發動機的加力油耗較低。但由於飛機常用的是巡航狀態,所以總的來說還是渦扇發動機的油耗較低。
▲渦扇發動機的王冠——F-22的F-119發動機，推重比高達10
推重比是噴氣發動機最重要的指標,它是指發動機的所能發出的最大推力與它的重力之比。推重比越大,發動機的總體性能就越高。20世紀50年代,著名戰機米格-21使用的P13-300渦噴發動機推重比僅為5.8,在當時已經是很高的了;第四屆珠海航展中展出的我國自行研製的“昆侖”Ⅱ發動機推重比達到了7,這在渦噴機中已經是很高了;國外第三代戰鬥機使用的渦扇發動機,推重比普遍超過了8,使這一代戰機具備了突出的載荷機動性能;而美國最新型的F-22戰鬥機,它所使用的F119-PW-100渦扇發動機,推重比已經超過了10,為戰鬥機超音速巡航提供了充裕的推力。發動機的基本性能集中反映在推重比上。推重比高,意味著推力大,重量小,飛機的性能也就好。發動機的推重比是發動機的核心部件一一壓縮器、燃燒室與渦輪的“三高”(高壓、高溫、高轉速)的結果。發動機的核心部件要想工作在高壓、高溫、高轉速的條件下,所使用的材料、結構和工藝要求就十分苛刻。
▲F-35的F-135發動機最大推力高達18噸，當今無人能及
正是由於軍用噴氣式發動機極高的製造要求，考驗的是一個國家最基礎的工業積澱，各種材料，資料，工藝流程都是需要幾十年的摸索，任何一個國家想要研製出先進的軍用噴氣發動機都需要走完這個過程，所以要解決中國發動機一直被詬病的心臟病問題，必須有充足的時間積累持續投入技術和資金。
更多有趣好玩的軍事文章、視頻、圖片、電影、遊戲，請關注“軍武次位面”微信公眾號
▲F-100-PW-220渦扇發動機造就了F-15和F-16一代經典
加力式渦輪噴氣發動機經過渦輪後的燃氣再次與燃料混合,在加力燃燒室內燃燒,增加由噴管排出的燃氣的動量,使發動機的推力顯著增大。但是,使用加力會使發動機的燃料消耗過速,因此加力的使用時間必須有嚴格的限制。渦輪風扇發動機是在渦輪噴氣發動機的基礎上發展起來的。它以原有的渦輪噴氣發動機構成內涵通道,在此基礎上加裝由渦輪帶動的風扇和外涵道。因此這種發動機又叫內、外涵發動機。與渦噴發動機相比,渦扇發動機的推力加大,巡航油耗降低,因此在現代軍用飛機中得到了廣泛的運用。目前,較先進的戰鬥機、戰鬥轟炸機、轟炸機幾乎全部選用了渦扇發動機。從技術分類看,渦扇發動機又分為兩類,一類是高涵道比渦扇發動機,主要用於大型轟炸機、運輸機,它的突出特點是推力大、重量輕、耗油率低和噪音小;但發動機直徑大,耗氣量高,不適於裝在瘦小的戰鬥機上。現代戰鬥機大多採用低涵道比渦扇發動機,這種渦扇發動機結構緊湊、推重比大,雖然油耗高於高涵道比渦扇發動機,但卻大大低於渦噴發動機,適應了高性能戰鬥機的需要。
▲高涵道比渦扇發動機主要用於大型飛機，伊爾-76、運20、轟6K都是使用俄羅斯的D-30發動機
噴氣發動機最常見的性能資料有:尺寸與重量推力、油耗、推重比等等。噴氣發動機的尺寸一般用長度和最大直徑表述,單位使用毫米;重量以公斤為單位。尺寸與重量是發動機最基本的性能資料,在同等推力條件下,當然尺寸重量越小的發動機越好。仔細對比不同發動機的尺寸重量,你可以發現一些有意思的現象。同等推力的渦扇機與渦噴機相比,一般重量輕、長度較短,最大直徑則較大;這是因為渦扇機是在渦噴機的基礎上增加了外涵道,所以直徑較大;而渦扇機的效率較高,所以重量輕、長度較短。有時,兩台推力相近的發動機,重量較重的尺寸反而略短,說明這台發動機的結構緊湊,裝到飛機上會節省空間。
▲低涵道比渦扇發動機主要用於小型戰鬥機，如中國殲10所採用的ws-10發動機
推力是噴氣發動機的重要性能指標,推力的單位常用千牛頓,簡稱千牛;也可用千克或公斤。它們之間的換算方式是:1000公斤=980千牛。,通常在發動機的性能指標中,我們可以看到兩種推力資料,一個是最大推力,西方也稱為軍用推力,是發動機不使用加力時的最大推力;另一個是加力推力,有些地方也表述為起飛推力,是打開加力時的最大推力。現代戰鬥機使用的噴氣發動機按照推力大小大體分為兩檔:推力在1000公斤以上的屬於大推力發動機;推力在8000公斤上下的為中等推力發動機。像F-15、蘇-27那那樣的重型戰鬥機使用兩台大推力發動機,類似F-16的小型戰鬥機則採用一台大推力發動機;中等推力發動機多以雙發形式用於中型戰鬥機上,如:美國的F-18、法國的“陣風”、歐洲多國聯合研製的“颱風”、俄羅斯的米格-29以及我國的殲-8Ⅱ等等。也有以單發形式用於輕型戰鬥機的情況,像瑞典的JAS-39、我國的FC-1等。推力更小的小推力發動機則多用於軍用教練機和無人機。
▲米格-29使用的RD-33發動機是出了名的耗油高，目前殲-31就是使用這款發動機
發動機的油耗也稱耗油率,它的計算單位是公斤每公斤每小時。某發動機耗油率為0.7公斤每公斤每小時,意思就是該發動機發出1公斤推力在1小時內要消耗燃油0.7公斤。同一台發動機在不同工作狀態下的耗油率是不一樣的,因此,性能指標中給出的耗油率只是某些特定情況下耗油率。通常包括巡航耗油率和加力耗油率。目前比較先進的戰鬥機發動機,如用於F-15和F-16的F100PW-229型渦扇發動機,它的巡航耗油率為0.647公斤/公斤・小時,加力耗油率為1.94公斤/公斤・小時。上述發動機的加力推力為13199公斤,推算下來,以加力推力飛行1分鐘,就要消耗燃油427公斤。比較而言,渦扇發動機的巡航油耗較低,渦噴發動機的加力油耗較低。但由於飛機常用的是巡航狀態,所以總的來說還是渦扇發動機的油耗較低。
▲渦扇發動機的王冠——F-22的F-119發動機，推重比高達10
推重比是噴氣發動機最重要的指標,它是指發動機的所能發出的最大推力與它的重力之比。推重比越大,發動機的總體性能就越高。20世紀50年代,著名戰機米格-21使用的P13-300渦噴發動機推重比僅為5.8,在當時已經是很高的了;第四屆珠海航展中展出的我國自行研製的“昆侖”Ⅱ發動機推重比達到了7,這在渦噴機中已經是很高了;國外第三代戰鬥機使用的渦扇發動機,推重比普遍超過了8,使這一代戰機具備了突出的載荷機動性能;而美國最新型的F-22戰鬥機,它所使用的F119-PW-100渦扇發動機,推重比已經超過了10,為戰鬥機超音速巡航提供了充裕的推力。發動機的基本性能集中反映在推重比上。推重比高,意味著推力大,重量小,飛機的性能也就好。發動機的推重比是發動機的核心部件一一壓縮器、燃燒室與渦輪的“三高”(高壓、高溫、高轉速)的結果。發動機的核心部件要想工作在高壓、高溫、高轉速的條件下,所使用的材料、結構和工藝要求就十分苛刻。
▲F-35的F-135發動機最大推力高達18噸，當今無人能及
正是由於軍用噴氣式發動機極高的製造要求，考驗的是一個國家最基礎的工業積澱，各種材料，資料，工藝流程都是需要幾十年的摸索，任何一個國家想要研製出先進的軍用噴氣發動機都需要走完這個過程，所以要解決中國發動機一直被詬病的心臟病問題，必須有充足的時間積累持續投入技術和資金。
更多有趣好玩的軍事文章、視頻、圖片、電影、遊戲，請關注“軍武次位面”微信公眾號