涡扇发动机的问题
1、涡扇发动机风扇兼具螺旋桨和压气机功能,大涵道比的风扇作螺旋桨产生的推力最多可以占总推力的多大比例?
先说压气机的问题。风扇确实具有压气机的作用,但只是初步压缩,主要还是要靠压气机来完成。风扇的单级增压比在1.3-1.6,甚至更高,低涵道比发动机的多级风扇总压比可以到3左右,那是因为风扇和低压压气机合并的结果,而高函道比涡扇发动机现在基本都采用单级风扇,增压比能达到1.5以上。
涡扇发动机主要的推力来源肯定是燃烧产生的高速气流,大涵道比涡扇发动机内涵道喷出高温高速气体,外涵道喷出低温低速气体(虽然是低速,但仍然比进气速度快),两者在发动机后自然混合,形成推力。其实看到风扇的密集叶片就知道其作用和螺旋桨还是有一定区别的,虽然能提供动力,但所占比例应该很小。
图上是一个典型的双转子大涵道比涡轮风扇发动机,蓝绿色为一个转子,黄色为另一个转子,中间橙红色的是燃烧室。燃烧后的高速气体带动了两个转子,通过轴使风扇、低压压气机、高压压气机转动。如果大部分推力是由风扇产生的,那就说明燃烧室后的叶片大大降低了气体的速度,从而将推力转化为转速,传递给风扇,再带动气体形成推力,完全是多此一举,能量传递的次数越多则效率越低,直接由喷气产生推力显然效率更高。所以燃烧室后的叶片只要吸收一小部分推力,形成压气机需要的转速就可以了。大涵道比涡扇发动机的动力有一部分是来自于内涵道高温高度气体使外涵道低温低速气体膨胀产生的,这部分很重要,占比应该仅次于内涵道直接产生的推力。
2、为什么说涡扇发动机技术复杂,尤其是如何将风扇吸入的气流正确的分配给外涵道和内涵道,是极大的技术难题?
内外涵道的大小就是进气流量的大小,而流量大小并不等同于涵道面积的大小。这个地方的复杂之处在于需要大量的试验,虽然大多数涡扇发动机是轴流式,但是气体的流动往往不是规则的,进入发动机的气体还是有离心或者向心的法向速度(上图中,风扇出气体的偏向就是有法向速度),所以进气量并不完全等于涵道的面积,需要大量的试验和计算得出最佳的涵道面积比,得出最佳的进气口形状,得出风扇叶片的形状,这需要大量的试验数据支撑。
这里再说明一下涡扇发动机的增推原理。动量等于mv,而动能等于1/2mv^2,同样的动能,如果v减小一半,则m需增大到4m,就能获得两倍的动量,即消耗同样的能量,获得更大的推力,外涵道的出现就是为了增大m,而带动风扇和低压压气机的涡轮就是为了降低v。
综合“增推原理”和第一问中“大涵道比涡扇发动机的动力有一部分是来自于内涵道高温高度气体使外涵道低温低速气体膨胀产生的”,可以知道外涵道进气量的大小是非常重要的,可见涵道大小的重要性,只有最合适的大小才能发挥出发动机的最佳性能。
3、为什么大涵道比涡扇 需要更多级的压气机和更好的压比?
更大的增压比显然就是因为上面所说的“内涵道高温高度气体使外涵道低温低速气体膨胀”,内涵道的温度和推力越高,就能使外涵道喷出的气体膨胀的越厉害,从而产生更大的推力,这个性能特点在小涵道比涡扇发动机上是不具备的,过高的增压比只会降低小涵道比涡扇发动机的效率,这也是现在大小涵道比涡扇发动机设计分流的原因。
解决宽弦风扇的问题并不是只有空心结构这一招。实际上,当风扇的直径进一步加大时,空心结构的风扇扇叶也会超重。比如在波音777上使用的GE-90涡扇发动机,其风扇的直径高达3.142米。即使是空心蜂窝结构的钛合金叶片也会力不从心。于是通用动力公司便使用先进的增强环氧树脂碳纤维复合材料来制造巨型的风扇扇叶。碳纤维复合材料所制成的风扇扇叶结构重量极轻,而强度却是极大。可是在当复合材料制成的风扇在运转时遭到特大鸟的撞击会发生脱层现像。为了进一步的增大GE-90的安全系数,通用动力公司又在风扇的前缘上包覆了一层钛合金的蒙皮,在其后缘上又用“凯夫拉”进行缝合加固。如此以来GE-90的风扇可谓万无一失。
可是,风扇问题的解决并没有完全化解风扇与压气机之间的矛盾,虽然有三转子的涡扇发动机,但仅罗罗公司一家,太复杂。双转子的涡扇发动机的风扇与压气机之间存在的问题如何解决,似乎还没有明确的定论,似乎还是互相将就对方。因此,这留给我们无限的创意空间,需要我们后人无尽的智慧来完善。
其实,在布衣眼里,军用小涵道比的涡扇发动机就是涡喷发动机再加个风扇,而民(军)用大涵道比的涡扇发动机就是个涡轴发动机再加个风扇,都是与风扇有关,所以这个风扇是非常重要的。如果把涡扇发动机的风扇换成我设计的多环分级式推力风扇,就可以解决双转子涡扇发动机中的风扇与低压压气机组之间的矛盾了。
如下图所示,把涡扇发动机的风扇换成我设计多环分级式推力风扇,共有两级,第一级圆心扇做为涡扇发动机内涵道风扇,第二级环形扇做为涡扇发动机外涵道风扇,用一根驱动轴把两级风扇的外缘给联通起来,这样内外涵道风扇的外缘线速度都一样了。第一级的圆心扇做为涡扇发动机内涵道风扇,它与涡扇发动机的低压压气机串联一起同步旋转,就像低压压气机叶片一样。即使低压压气机叶片尖达到音速,在驱动轴的同步联动下外涵道环形风扇外缘的线速度也与内涵道风扇外缘一样,也只达到音速。
这样的风扇有许多好处,是传统风扇所不具备的。
首先就是内涵道风扇与外涵道风扇的外缘线速度相同,内涵道风扇与低压压气机联动,这样低压压气机的转数也能上去,内涵道核心机的进气效率也能提高,就可以减少低压压气机组的级数。
其次而外涵道涡扇也可以加大半径而不影响低压压气机的转数,这样,产生的推力也大了。风扇与低压压气机组不必再互相将就对方,因为二者再也不发生矛盾了。
第三是由于外涵道风扇与传统风扇安装方式(拉叶片)相反,属于推扇叶片的安装形式,是扇叶片外缘最宽处固定在环形轴承上,结构更坚固,抗离心力能力加强,可靠性更好,抗撞击能力加强,不怕鸟的撞击。
第四是由于是从原理上的改进,是从结构上进步,所以不用昂贵的特殊的材料,发动机更经济实用。
当然,此设计可能并非完美,比如风扇外缘齿合同步驱动的可行性,有网友就提到此驱动轴转数可能高达每分钟几万转或更高,但我想这是可以解决的,比方说我所知道的电机转数就可以达到8万转每分。遇到我问题可能很多,关键是原理是否可行,其它都是可以克服的。
1. 飞机的设计中,发动机本体占据空机重量的比例在民航机/运输机或战斗机中的比例一般是有特定的范围值的。这个范围值取决于飞机本体的设计性能(最大速度,巡航速度,机动性,敏捷性等等),对于民用机来说,由于最大速度和巡航速度要求不高(多为0.85马赫以下),一般采用的是大函道比的涡扇发动机(外/内函道比达到5--6,最大推力目前最高的为56吨)。但这样的发动机的推比并不大,因为发动机的适装本体并不要求高速度(2马赫以上),超音速不加力巡航,高机动性和敏捷性。
2. 反之,对于军用超音速战斗机来说,由于其有超音速飞行的要求,首先其外/内函道比不可能很大,否则发动机的横截面积过大,飞行中阻力过大,根本无法实现超音速飞行的要求。所以很多军用发动机采用的外/内函道比都不超过1,一般在0.6一下,最新的四代高推比发动机的函道比有的都在0.35以下。只有这样才能保证高超音速下的气动流场和运行要求。
由于通过提高外/内函道比来提升发动机推力的路在军用发动机上的可能性被封死,所以现在的新一代军用发动机就只有通过简化高/中压力机的涡轮压缩级数,提高涡轮前温度等方式来进行。在这样的情况下,实际上相当于发动机本身的重量已经被限制死了(如果提升发动机的尺寸和重量,则战斗机的机身必然需要扩大,面多加水,水多加面,毫无意义),提升推力则必然提高推比。
而对于军用战斗机来说,高推比的发动机本身还有另外的意义,那就是发动机的高推比可以在机体本身重量有限的前提下,提升战机的机动性,加速性和敏捷性。必须明确的是,20世纪60年代和70年代发展的战斗机的发动机推比低,但战斗机本身通过优化进气道和外形设计,依然可以达到目前四代机同样或更高的飞行速度(冲刺速度),但由于发动机的推比限制,其机动性,敏捷性,加速性都不可与四代机相比。
此外,高推比的发动机的最重要优势在于,其不加力推力和加力推力之间的差距越来越小,这在推比低的三代或二代军用涡扇发动机上是不可能实现的。这就意味着不加力超音速巡航能力在战斗机上的实现,这种能力不是三代和二代战斗机短短几分钟或十几分钟的战斗加力运行状态可以比拟的。
另外,最为重要的是,高推比发动机还是为了四代机实现隐身不可缺少的条件。因为目前的四代机为了实现隐身,在飞机本身的气动外形设计上,效率实际上是不如三代机的。这就说明四代机的升阻比和气动阻力在同样飞行速度下要比三代机差。要实现同样的飞行性能,发动机的推力必须更大,以弥补这方面的设计要求所导致的性能损失。
实际上,军用四代发动机设计为什么采用高推比还有很多制约因素,这些问题展开,可以直接论述出一篇专业论文。具体的细节就不再赘述了。
推重比类似于汽车发动机的功率质量比一样,用来衡量一个发动机的性能而不是动力。推重比越高的发动机相对来说,技术含量越高,性能越强悍。但并不代表他的推力就越大。一般来说,如果一个国家可以生产出推重比10的发动机,那么他们就可以通过技术衍生生产出同系列的大推力、小推力发动机。因此,在强调推重比时是为了强调发动机的技术性能。而在应用时一般都说发动机的推力,它更强调应用参数。所以,两者没有什么重视与不重视,看以什么为参考。当然,同推力的情况下,肯定要求推重比尽量越大越好,那样意味着战机可以更轻、更小、空间更大、等极大限度的提高战机性能。
涡轮风扇发动机的优缺点各是什么?
1. 推力大:涡扇发动机能够提供强大的推力,使其适用于大型飞机。2. 推进效率高:与传统发动机相比,涡扇发动机在巡航状态下的推进效率更高。3. 噪音低:涡扇发动机在运行时的噪音相对较低,有助于降低环境噪音污染。4. 燃油消耗率低:涡扇发动机的燃油效率较高,有助于减少燃料成本和航程内的环境排放。
发动机风扇故障有哪些
发动机风扇的常见故障有:风扇只有高速或低速;发动机冷却风扇不转动。只有高速或低速风扇。故障:风扇电机只能高速或低速工作。故障排除:①检查双温开关是否有故障,如有损坏或异常应更换。②风扇二档继电器故障,更换风扇继电器。③维修或更换风扇电机故障。④检查风扇控制电路是否开路、短路或接触不良。发动机冷...
关于涡扇发动机几个问题
先说压气机的问题。风扇确实具有压气机的作用,但只是初步压缩,主要还是要靠压气机来完成。风扇的单级增压比在1.3-1.6,甚至更高,低涵道比发动机的多级风扇总压比可以到3左右,那是因为风扇和低压压气机合并的结果,而高函道比涡扇发动机现在基本都采用单级风扇,增压比能达到1.5以上。涡扇发动机...
涡轮风扇发动机的优缺点各是什么?
缺点:风扇直径大,迎风面积大,因而阻力大,发动机结构复杂,设计难度大。涡轮风扇发动机运行原理:涡扇发动机全称为涡轮风扇发动机(Turbofan)是飞机发动机的一种,由涡轮喷气发动机(Turbojet)发展而成。与涡轮喷气比较,主要特点是首级压缩机的面积大很多,同时被用作为空气螺旋桨(扇),将部分吸入的空气通...
车子发动机风扇不转的原因是什么?
如果发动机风扇不转,首先需要检查保险丝是否烧坏。由于情况不明,切勿使用铜丝或铁丝等代替保险丝,以免造成更大的损失。如果确认是保险丝烧坏,应及时到修理厂修理。如果保险丝没有问题,需要检查是否是冷却热敏开关损坏导致的故障。检查方法是,在不启动发动机的情况下,打开点火开关并打开空调A\/C开关。
发动机风扇不转动的原因
Strong>发动机风扇 在汽车发动机的散热系统中占据核心地位,其主要任务是通过 风扇叶片 的旋转,引导空气进入 散热器,确保发动机热量得到有效散发,维持引擎在适宜的工作温度范围内。然而,有时 风扇可能会停止转动,这时需要进行细致的检查和维修。接下来,我们将深入探讨这个问题的原因。首先,电路故障可能是...
发动机风扇不转动的原因是什么?
首先是水温控制的问题。目前,许多汽车的发动机风扇都配备了电子温控系统,该系统对水温变化非常敏感。如果水温未达到系统的设定标准,它将不会触发风扇开关的信号,导致风扇不转动。这种情况在冷车启动时尤为常见,因为此时水温尚未上升到需要风扇介入的程度。其次,可能是散热风扇继电器出现故障。当水温升高到...
发动机风扇不转动的原因
若电子扇不转,则有可能是电子扇损坏,发动机散热风扇安装在发动机与散热器之间,风扇叶片由发动机驱动旋转时,产生高速气流带走散热器中冷却液的热量,达到给发动机散热的目的,如果发动机的温度过高,风扇仍然没有转动,可能是发动机风扇的继电器出现了问题,如果继电器出现了故障,风扇就无法进行工作了,我们就...
汽车风扇坏了伤发动机的概率多大
很大。汽车风扇坏了伤发动机的概率很大,散热风扇不工作的情况下发动机一直行驶,这个温度是比较高的,温度比较高的情况下,发动机没有办法正常散热,发动机的温度过高会导致发动机出现这个变形的现象,也就是说发动机的汽缸垫有可能会被烧坏,气缸盖有可能会变形。
涡轮风扇发动机的优缺点各是什么?
扭矩可达240Nm\/1750-4500。涡轮风扇发动机主要用处:飞机发动机的一种,由涡轮喷气发动机(Turbojet)发展而成,由风扇、压气机等部件组成。涡轮风扇发动机推力大、推进效率高、噪音低、燃油消耗率低,飞机航程远,但风扇直径大,迎风面积大,因而阻力大,发动机结构复杂,设计难度大。
愚奚灯盏: 风扇提供动力!涡扇发动机有个重要指标叫做函道比,是指经过发动机风扇的气流在外内函道流量的比值,经过内涵道的气流被压气机的压缩和加温,传输到燃烧室,与燃料混合燃烧,产生高能燃气,经过涡轮加速后向后喷出,原理同涡喷发动...
池州市19218663512: 涡扇发动机的风扇的问题 - ?
愚奚灯盏: 大神可当不起,我也就是百度一下,然后搬过来给你,我对涡扇发动机也是一知半解,知道的不多··· 1、涡扇发动机的风扇叶片之所以那么密集是为了更好的压缩空气吗? 这个问题就真心不知道,不过我记得有看到过一个图,讲的就是发动...
池州市19218663512: 涡扇发动机工作原理问题 - ?
愚奚灯盏: 1、涡扇的推力不完全来自反冲,还有压气机的排气力.这个和火箭发动机及涡喷不一样,后两个都是完全靠反冲来产生动力.2、引擎产生的阻力和引擎的转速关系不大,主要是面积大小和飞机飞行速度的快慢决定的.3、涡扇本来就是热机,动力当然来自他自己.靠燃烧航空煤油来产生.都说是涡扇了,当然是燃气轮机,涡扇本身就是动力装置,不需要其他动力装置.4、气体燃烧产生推力,推动叶轮旋转,和风车差不多.5、点击参考资料,看图之后仔细想想就明白了.
池州市19218663512: 涡浆发动机,涡轮发动机,涡扇发动机它们的优点和缺点在那里 - ?
愚奚灯盏: 一般来说,现代不加力涡轮风扇发动机的涵道比是有着不断加大的趋势的.因为对于涡轮风扇发动机来说,若飞行速度一定,要提高飞机的推进效率,也就是要降低排气速度和飞行速度的差值,需要加大涵道比;而同时随着发动机材料和结构工...
池州市19218663512: 涡轮和涡扇有啥区别?优点和缺点? - ?
愚奚灯盏: 涡喷发动机和涡扇发动机都是常见的喷气式发动机,涡喷发动机是最先发展起来的喷气式发动机,涡扇发动机是在涡喷发动机的基础上发展起来的,两者在原理和结构上是非常相似的.涡喷发动机的推力来源于燃烧室产生的高温燃气,高温燃气...
池州市19218663512: 涡扇发动机的使用寿命如何延长? ?
愚奚灯盏: 1. 少开加力; 2. 少在天气恶劣的环境中使用,比如在陆地上空的使用寿命就明显长于海面上空若干倍; 3. 有飞鸟是绝对不行的; 4.超低空飞行也容易吸入沙石和大颗粒灰尘. 5. 燃料型号不能用错; 6. 多巡航,少起降. 7. ......!
池州市19218663512: 涡扇发动机和涡喷发动机结构和功能上的区别?如何区分它们! - ?
愚奚灯盏: 涡扇发动机是利用涡轮带动发动机前面的风扇转动,从而产生推力.气流分叉成两股.一股是不经过燃烧室的,直接流向发动机尾部,这部分气流是风扇产生的.另一部分则是由燃烧室的空气瞬间膨胀加压产生的,这部分的气流和涡喷发动机的...
池州市19218663512: 涡扇发动机(关于涡扇发动机的基本详情介绍) ?
愚奚灯盏: 1、涡轮风扇发动机(简称:涡扇发动机,英文:Turbofan)是飞机发动机的一种,由涡轮喷气发动机(英文:Turbojet)发展而成.2、与涡喷发动机比较,涡扇发动机主要特点是首级压缩机的面积大很多,同时被用作为空气螺旋桨(扇),将部分吸入的空气通过外涵道向后推.3、涡扇引擎最适合飞行速度400至1000公里时使用,因此现在大多数飞机均使用涡扇发动机.
池州市19218663512: 什么是战斗机涡扇发动机的"两高一低" - ?
愚奚灯盏: “两高一低"的工作参数——即高增压比、高涡轮前温度和低涵道比.涡扇发动机全称为涡轮风扇发动机(Turbofan)是飞机发动机的一种,由涡轮喷气发动机(Turbojet)发展而成. 与涡轮喷气比较,主要特点是首级压缩机的面积大很多,同时被用作为空气螺旋桨(扇),将部分吸入的空气通过喷射引擎的外围向后推.发动机核心部分空气经过的部分称为内涵道,仅有风扇空气经过的核心机外侧部分称为外涵道.涡扇引擎最适合飞行速度400至1,000公里时使用,因此现在多数的飞机引擎都采用涡扇作为动力来源.涡扇发动机优点 : 推力大、推进效率高、噪音低、燃油消耗率低,飞机航程远.缺点 : 风扇直径大,迎风面积大,因而阻力大,发动机结构复杂,设计难度大.
池州市19218663512: 从理论上而言涡扇喷气发动机的推力应该比涡喷发动机的推力大 - ?
愚奚灯盏: 是的. 涡扇在结构上比涡喷多了一个气流通道,称为外涵道.内涵道的部分和涡喷类似. 涡扇在进气口处设置了一个风扇,流入的空气通过风扇的推动,进行加压. 外涵道气流,绕过核心机进入喷管,冷却核心机的同时,与核心机产生的燃气一起作功产生推力,内涵道气流进入核心机的压气机,经历增压,燃烧等过程,进入涡轮,涡扇的涡轮有两级,一级是高压涡轮,用来推动前方的压气机,另一级是低压涡轮,用来带动入口的风扇.最后燃气进入喷管作功. 涡扇由于引入了外涵的气流,所以排气温度较低,热能损失小,使耗油量降低,并且由于有风扇和燃气同时作功,它的推力比同级的涡喷要大.