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渦輪軸發(fā)動機和渦漿發(fā)動機有什么區(qū)別?

求達解惑: 問提問者：網友 | 2017-08-01

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渦輪噴氣發(fā)機歷史渦輪噴氣發(fā)機種渦輪發(fā)機特點完全依賴燃氣流產推力通用作高速飛機力油耗比渦輪風扇發(fā)機高渦噴發(fā)機離式與軸流式兩種離式由英弗蘭克·惠特爾爵士于1930取發(fā)明專利直1941裝種發(fā)機飛機才第沒參加第二世界戰(zhàn)軸流式誕德并且作第種實用噴氣式戰(zhàn)斗機Me-262力參加1945末戰(zhàn)斗相比起離式渦噴發(fā)機軸流式具橫截面壓縮比高優(yōu)點今渦噴發(fā)機均軸流式 2 復:渦輪噴氣發(fā)機結構進氣道軸流式渦噴發(fā)機主要結構圖空氣首先進入進氣道飛機飛行狀態(tài)變化進氣道需要保證空氣能順利進入結構:壓氣機(compressor或壓縮機)進氣道主要作用空氣進入壓氣機前調整發(fā)機能運轉狀態(tài)超音速飛行機與進氣道口都產激波(shockwave稱震波)空氣經激波壓力升高進氣道能起定預壓縮作用激波位置適造局部壓力均勻甚至能損壞壓氣機所般超音速飛機進氣道口都激波調節(jié)錐根據空速情況調節(jié)激波位置兩側進氣或機腹進氣飛機由于進氣道緊貼機身受機身附面層(boundary layer或邊界層)影響附帶附面層調節(jié)裝置所謂附面層指緊貼機身表面流層空氣其流速遠低于周圍空氣其靜壓比周圍高形壓力梯度其能量低適于進入發(fā)機需要排除飛機定迎角(angle of attackAOA或稱攻角)由于壓力梯度變化壓力梯度加部(背風面)發(fā)附面層離現象即本緊貼機身附面層某點突脫離形湍流湍流相層流說簡單說運規(guī)則流體嚴格說所流都湍流湍流發(fā)機理、程模型化現都太清楚說湍流發(fā)機例燃燒程要充利用湍流壓氣機壓氣機由定(stator)頁片與轉(rotor)頁片交錯組定頁片與轉頁片稱級定固定發(fā)機框架轉由轉軸與渦輪相連現役渦噴發(fā)機般8-12級壓氣機級數越越往壓力越戰(zhàn)斗機突做高g機流入壓氣機前級空氣壓力驟降級壓力高現級高壓空氣反向膨脹發(fā)機工作極穩(wěn)定狀況工程稱喘振發(fā)機致命事故能造停車甚至結構毀壞防止喘振發(fā)幾種辦經驗表明喘振發(fā)壓氣機56級間區(qū)間設置放氣環(huán)使壓力現異及泄壓避免喘振發(fā)或者轉軸做兩層同空筒別連接前級低壓壓氣機與渦輪級高壓壓氣機與另組渦輪兩套轉組互相獨立壓力異自調節(jié)轉速避免喘振燃燒室與渦輪空氣經壓氣機壓縮進入燃燒室與煤油混合燃燒膨脹做功;緊接著流渦輪推渦輪高速轉渦輪與壓氣機轉連根軸所壓氣機與渦輪轉速高溫高速燃氣經噴管噴反作用力提供力燃燒室初形式幾圍繞轉軸環(huán)狀并列圓筒燃燒室每筒都密封適孔所整燃燒室連通發(fā)展環(huán)形燃燒室結構緊湊整流體環(huán)境筒狀燃燒室結合二者優(yōu)點組合型燃燒室渦輪始終工作極端條件其材料、制造工藝著極其苛刻要求目前采用粉末冶金空頁片整體鑄造即所頁片與頁盤鑄造型相比起早期每頁片與頁盤都體鑄造再用榫接起省量接質量制造材料耐高溫合金材料空頁片通冷空氣降溫第四代戰(zhàn)機研制新型發(fā)機配備高溫性能更加眾陶瓷粉末冶金頁片些手段都提高渦噴發(fā)機重要參數:渦輪前溫度高渦前溫度意味著高效率高功率噴管及加力燃燒室噴管(nozzle或稱噴嘴)形狀結構決定終排除氣流狀態(tài)早期低速發(fā)機采用單純收斂型噴管達增速目根據牛頓第三定律燃氣噴速度越飛機獲越反作用力種式增速限終氣流速度達音速現激波阻止氣體速度增加采用收斂-擴張噴管(稱拉瓦爾噴管)能獲超音速噴氣流飛機機性主要源于翼面提供空氣力機性要求高直接利用噴氣流推力噴管口加裝燃氣舵面或直接采用偏轉噴管(稱推力矢量噴管或向量推力噴嘴)歷史兩種案其者已經進入實際應用階段著名俄羅斯Su-30、Su-37戰(zhàn)機高超機性益于留卡設計局AL-31推力矢量發(fā)機燃氣舵面代表美X-31技術驗證機經渦輪高溫燃氣仍含部未及消耗氧氣燃氣繼續(xù)注入煤油仍能夠燃燒產額外推力所某些高性能戰(zhàn)機發(fā)機渦輪增加加力燃燒室(afterburner或后燃器)達短間幅度提高發(fā)機推力目般言加力燃燒能短間推力提高50%油耗驚般僅用于起飛或應付激烈空纏斗能用于間超音速巡航 3 復:渦輪噴氣發(fā)機使用情況渦噴發(fā)機適合航行范圍廣低空低亞音速高空超音速飛機都廣泛應用前蘇聯傳奇戰(zhàn)斗機米格-25高空超音速戰(zhàn)機即采用留卡設計局渦噴發(fā)機作力曾經創(chuàng)3.3馬赫戰(zhàn)斗機速度紀錄與37250米升限紀錄(紀錄段間內太能打破) 與渦輪風扇發(fā)機相比渦噴發(fā)機燃油經濟性要差些高速性能要優(yōu)于渦扇特別高空高速性能基本參數推力重量比:Thrust to weight ratio代表發(fā)機推力與發(fā)機本身重量比值愈者性能愈壓氣機級數:代表壓縮機壓縮葉片幾級通級數愈者壓縮比愈渦輪級數:代表渦輪機渦輪葉片幾級壓縮比:進氣壓縮機壓縮后壓力與壓縮前壓力比值通愈者性能愈海平面凈推力:發(fā)機海平面高度及條件與外界空氣速度差(空速)零全速運轉所產推力使用單位包括kN(千牛頓)、kg(公斤)、lb(磅)等單位推力耗油率:稱比推力(specific thrust)耗油率與推力比公制單位kg/N-h愈者愈省油渦輪前溫度:燃燒后高溫高壓氣流進入渦輪機前溫度通愈者性能愈燃氣口溫度:廢氣離渦輪機排溫度平均故障間:每具發(fā)機發(fā)兩故障間隔間總平均愈者愈易故障通維護本愈低渦輪風扇發(fā)機 turbofan engine 由噴管排燃氣風扇排空氣共同產反作用推力燃氣渦輪發(fā)機渦輪風扇發(fā)機由風扇、壓氣機、燃燒室、驅壓氣機高壓渦輪、驅風扇低壓渦輪排氣系統(tǒng)組其壓氣機、燃燒室高壓渦輪三部統(tǒng)稱核機,由核機排燃氣用能量,部傳給低壓渦輪用驅風扇余部噴管用于加速排燃氣風扇轉實際 1級或幾級葉片較壓氣機空氣流風扇部流入核機稱內涵氣流由噴管高速排產推力另部圍繞核機外圍流稱外涵氣流產推力種內外二涵道渦輪風扇發(fā)機稱內外涵發(fā)機流經外涵內涵空氣流量比稱涵道比或流量比涵道比渦輪風扇發(fā)機性能影響較,涵道比,耗油率低發(fā)機迎風面積;涵道比較迎風面積耗油率內外涵兩股氣流排入氣稱排式渦輪風扇發(fā)機內外涵兩股氣流內涵渦輪混合器相互滲混通同噴管排入氣稱混排式渦輪風扇發(fā)機渦輪風扇發(fā)機安裝加力燃燒室加力渦輪風扇發(fā)機排式渦輪風扇發(fā)機加力燃燒室別安裝內涵渦輪或外涵通道內混排式渦輪風扇發(fā)機則裝混合器面核機相同渦輪風扇發(fā)機工質(工作介質)流量介于渦輪噴氣發(fā)機渦輪螺旋槳發(fā)機間渦輪噴氣發(fā)機比渦輪風扇發(fā)機工質流量、噴射速度低、推進效率高、耗油率低、推力50代發(fā)展第代渦輪風扇發(fā)機其涵道比、壓氣機增壓比燃氣溫度都較低耗油率比渦輪噴氣發(fā)機僅低25%左右約 0.06~ 0.07公斤/?！?0.6~0.7公斤/公斤力·)60代末、70代初發(fā)展高涵道比(5~8)、高增壓比(25~30)高燃氣溫度 (1600~1750K)第二代渦輪風扇發(fā)機,耗油率降低0.03~0.04公斤/?！?0.3~0.4公斤/公斤力·),推力則高達200~250千牛(20000~25000公斤力)高涵道比渦輪風扇發(fā)機噪聲低排氣污染用作型客機力裝置種客機11公高度巡航速度達950公/種高涵道比渦輪風扇發(fā)機排氣噴射速度低迎風面積宜用于超音速飛機些殲擊機使用涵道比、帶加力燃燒室渦輪風扇發(fā)機亞音速飛行使用加力燃燒室耗油率排氣溫度都比渦輪噴氣發(fā)機低紅外輻射強度較弱,易紅外制導導彈擊使用加力作2倍音速飛行產推力超加力渦輪噴氣發(fā)機面標準氣條件推重比已達8左右些殲擊機使用涵道比、帶加力燃燒室渦輪風扇發(fā)機亞音速飛行使用加力燃燒室耗油率排氣溫度都比渦輪噴氣發(fā)機低紅外輻射強度較弱,易紅外制導導彈擊使用加力作2倍音速飛行產推力超加力渦輪噴氣發(fā)機面標準氣條件推重比已達8左右飛機速度低于約450英/(724公/)純噴氣發(fā)機效率低于螺旋槳型發(fā)機效率推進效率程度取決于飛行速度;純渦輪噴氣發(fā)機適合較高飛行速度由于螺旋槳高葉尖速度造氣流擾350英/(563公/)螺旋槳效率迅速降低些特性使些等速度飛行飛機用純渦輪噴氣裝置采用螺旋槳燃氣渦輪發(fā)機組合 -- 渦輪螺旋槳式發(fā)機渦軸發(fā)機定義與概念: 航空渦輪軸發(fā)機種空氣作功工質燃氣渦輪發(fā)機主要靠輸功率帶負載工作燃氣渦輪發(fā)機能力渦輪效功率絕部(95%)通輸軸帶負載渦槳發(fā)機用燃氣渦輪帶螺旋槳燃氣渦輪發(fā)機渦軸/渦槳發(fā)機與型渦噴/渦扇發(fā)機氣熱力循環(huán)原理基本相同雖借助型燃氣渦輪發(fā)機研制所取技術經驗由于渦軸/渦槳發(fā)機屬于型燃氣渦輪發(fā)機類氣結構均其獨特處: (1) 流量、通道引起"尺寸效應"壓氣機、渦輪性能及冷卻等產利影響; (2) 轉速高--高轉速給臨界共振、高速軸承、軸系、支承、葉片盤疲勞強度等面都帶系列新問題; (3) 流復雜--渦輪葉片短葉型使流轉折加三維特性及粘性影響突; (4) 冷效差--渦輪葉片短薄相外表面積內部冷卻孔型難布置且冷氣流程短冷卻效隨尺寸減降低; (5) 需要進氣防護裝置(粒離器) 渦軸發(fā)機優(yōu)點: 功重比(500-600kW級發(fā)機幾乎比塞發(fā)機高2倍);發(fā)機維修簡單(特別低溫需加溫起);振(往復運件、發(fā)機轉平衡精度高);較截面改善直升機氣力性能所50代始渦軸發(fā)機逐步取代塞式發(fā)機直升機主要力裝置缺點:力渦輪轉速高傳旋翼減速比造減速器復雜;燃料消耗率般較塞式略高;周圍介質(空氣粉塵、濕度、溫度)其工作影響較;尺寸渦軸發(fā)機產難度等隨著40斷研究發(fā)展、更新換代現代渦軸發(fā)機具特點: (1) 性能先進:起飛耗油率0.267-0.358kg/(kW/h);功重比4-8kW/daN; (2) 經濟性:巡航工作狀態(tài)耗油率達0.299-0.367kg/(kW/h)維護費用低、壽命(單元體壽命3000-5000h); (3) 靠性高:發(fā)機提前更換率低、平均故障間隔間、性能衰減率低; (4) 技術發(fā)展?jié)摿?具良功率覆蓋面改型能性; (5) 環(huán)境適用性強:武裝直升機力防砂能力(般具粒離器)、紅外抑制能力、抗作戰(zhàn)損傷防墜毀能力都比較強自1953羅&羅公司達特發(fā)機投入使用渦槳發(fā)機民用與軍用運輸機種重要力裝置前蘇聯HK12MB起飛功率達11000kW渦槳發(fā)機與塞式發(fā)機相比靠性高重量輕燃油經濟性比早期純噴氣發(fā)機低由于60代渦扇發(fā)機現渦槳發(fā)機逐步退型運輸機領域型飛機領域仍廣泛應用外概況: 渦軸發(fā)機1953萊康明公司研制第臺產型發(fā)機T53今已三代投入使用第四代研制第代指50代投產第二代指60代投產第三代指70代末、80代初投產第四代指90代末或21世紀初投入使用渦軸發(fā)機外渦軸發(fā)機經40發(fā)展技術水平提高: (1) 耗油率降低第四代渦軸發(fā)機美T800西歐MTR390其耗油率與第三代渦軸發(fā)機相同功率級別"寶石"發(fā)機相比耗油率降低8%左右達0.273kg/(kW/h) (2) 單位功率增加由于第三代第四代渦軸發(fā)機功率級別甚相同采用單位功率作衡量渦軸發(fā)機性能指標佳案40單位功率直穩(wěn)步提高例美50代產品T58發(fā)機單位功率166kW/(kg/s);第二代產品T64渦軸發(fā)機單位功率197kW/(kg/s);第三代T700發(fā)機單位功率267 kW/(kg/s);第四代T800發(fā)機單位功率達300 kW/(kg/s)比第代產品提高81%比第二代提高52.3%比第三代提高12.4% (3) 壽命期費用降低壽命期費用全面衡量種新發(fā)機經濟指標新第三代比起其先輩壽命期費用減少T700比T58壽命期費用降低32%其費用降低主要自單元體結構設計耗油率減少 (4) 第四代渦軸發(fā)機普遍具10-20%功率儲備發(fā)機輪廓尺寸變情況通增加流量渦輪進口溫度或者適加尺寸即壓氣機前加零級壓氣機提高功率 (5) 采用整體式粒離器提高軍用力防砂能力 (6) 壓氣機均雙級離式轉穩(wěn)定性零件數量少便于維修耐腐蝕抗外物損傷能力強 (7) 采用流環(huán)形燃燒室氣霧化噴嘴 (8) 首功率于1000kW發(fā)機采用氣冷渦輪靜轉葉片使渦輪進口溫度提高1420K 進入21世紀渦軸發(fā)機沿兩向發(fā)展:繼續(xù)提高渦軸發(fā)機循環(huán)參數部件效率研制性能更發(fā)機二發(fā)展高速旋翼推進技術世紀初渦軸發(fā)機壓比達16-26渦輪前溫度達1500-1920K種發(fā)機能仍用3級軸流加1級離式壓氣機總壓比達18燃燒室火焰筒層冷卻結構渦輪能采用復雜冷卻通道徑向內流式目前美艾利遜公司研制高速傾轉旋翼機T406其速度已達600km/h步要實現速度達800km/h主要傾轉旋翼、折疊式旋翼旋翼-機翼幾種案目前止民用支線力面外已經功研制使用兩代渦槳發(fā)機第三代研制第代指70代前投產主要達特、PT6ATPE331三種渦槳發(fā)機功率范圍500-1500kW耗油率0.35-0.40kg/(kW/h)翻修壽命8000-14000h主要用于12-60座支線飛機第二代指70代末投產主要PW100、CT7TPE331-14/15壓比11-17渦輪前溫度1273-1533K單位功率達230-240kW/(kg/s)耗油率0.280-0.315kg/(kW/h)第三代指90代投入使用主要AE2100TPF351-20AE2100艾利遜公司競爭代高速支線飛機、T406基礎研制功率4474kW渦槳發(fā)機該發(fā)機主要特點具足夠發(fā)展?jié)摿Ω倪M高壓渦輪情況功率提高5880kW;海平面靜態(tài)標準狀態(tài)功率熱與高空降低;爬升功率高縮短飛機爬升間TPF351-20美加雷特公司20-39座支線飛機研制、功率1566kW推進式渦槳發(fā)機與該公司早期發(fā)機相比由于增尺寸采用改進壓氣機其耗油率降低25%、功重比提高53%TPF351-20單元體設計采用許熟技術F109渦輪發(fā)機壓氣機技術(目前研制新壓氣機使功率提高25%達1870kW)、TPE331-14燃燒室與燃氣發(fā)器渦輪技術目前外許型渦輪發(fā)機產廠家降低研制本、減少維護費用都努力采用熟研制使用經驗研制渦軸、渦槳渦扇發(fā)機"通用核機"技術即種熟渦軸發(fā)機基礎研制相應渦槳渦扇發(fā)機美艾利遜公司AE2100渦槳發(fā)機該公司產T406渦軸發(fā)機"通用核機"基礎研制降低研制風險研制本已外研制型燃氣渦輪發(fā)機普遍發(fā)展趨勢另外外渦軸/渦槳發(fā)機研制、產都單獨計劃、由專門產廠商或專門型燃氣渦輪發(fā)機部完并且獨立于型燃氣渦輪發(fā)機試驗設備產設備渦軸/渦槳發(fā)機關鍵技術 (1)組合壓氣機渦軸/渦槳發(fā)機要求壓氣機具高總增壓比獲高熱效率單位功率隨著增壓比斷提高壓氣機結構形式由初純軸流式轉變目前量采用若干級軸流加級離組合式壓氣機其主要于高增壓比渦軸/渦槳發(fā)機說軸流壓氣機級數增加使壓氣機幾級"尺寸效應"愈加明顯氣流損失增氣性能顯著降;且級軸流壓氣機轉跨度帶轉力困難由于離壓氣機轉結構剛性更、抗外物能力更強尺寸效應離壓氣機影響用取代面軸流壓氣機利極尺寸情況必要全部采用離壓氣機系統(tǒng) (2)燃燒室渦軸發(fā)機發(fā)展第三代第四代燃燒室采用流環(huán)形燃燒室隨著渦軸發(fā)機性能斷提高要求燃燒室進口溫度通燃燒室溫升相應提高由于熱燃氣溫度接近渦輪材料溫度極限點保持均勻燃燒顯尤重要需要采用具調節(jié)比系數新型燃油噴嘴均勻周向徑向溫度布系數更高燃燒溫度更高壓熱輻射使燃燒室火焰筒承受更熱載荷同由于更氣流用于燃燒導致用于冷卻氣流減少且進口氣流溫度升高降低冷卻氣流吸熱能力都使傳統(tǒng)火焰筒冷卻技術再效改進火焰筒冷卻研究更耐熱材料已經勢必行近外已經研究新型噴嘴改進火焰筒冷卻作提高型燃氣渦輪發(fā)機燃燒室性能研究重點另外介紹種新型燃燒室發(fā)展向即利用部波轉取代傳統(tǒng)意義燃燒室 (3)渦輪提高渦軸發(fā)機渦輪進口溫度主要兩種:尋求耐高溫材料;二采用渦輪冷卻技術采用新材料面目前單晶材料已廣泛使用步工作研究防氧化與腐蝕金屬陶瓷涂層采用冷卻技術面目前代表渦軸發(fā)機高水平第四代渦軸發(fā)機T800-LHT-800MTR390其燃氣發(fā)器渦輪別采用2級氣冷單晶葉片單級跨音速氣冷葉片由看功率渦軸發(fā)機(T700RTM322)應用氣冷渦輪葉片已始應用于等功率渦軸發(fā)機渦輪設計使渦輪進口溫度提高1480K由于渦軸發(fā)機發(fā)功率相較所需空氣流量其進口氣流軸向速度與型發(fā)機相差所流道截面積相應較導致靜葉片度短給渦輪使用氣冷葉片帶定難度目前外進行徑向氣冷渦輪預研與軸流渦輪相比徑向渦輪冷卻氣流量泄露量較效率高且尺寸適合型燃氣渦輪發(fā)機 (4)高速轉力于轉軸系同、功率輸軸前渦軸發(fā)機其功率渦輪軸必穿燃氣發(fā)器轉內腔伸發(fā)機前面所功率渦輪軸支承間跨度軸徑早期渦輪軸發(fā)機(T53發(fā)機)增壓比較轉速較低其功率渦輪軸仍亞臨界狀態(tài)工作現代高轉速增壓比、渦輪軸發(fā)機其轉軸系工作轉速能接近臨界轉速或臨界轉速甚至三階臨界轉速發(fā)機轉速高情況要求轉振幅使轉力問題十棘手往往采用超臨界轉支承系統(tǒng)使轉支承系統(tǒng)支承振主剛體振型各階臨界轉速及轉軸線實質性彎曲變形臨界轉速平穩(wěn)工作轉支承案合理選擇、轉軸向尺寸嚴格控制、彈性支承與阻尼器確采用及材料合理選用等都直接影響轉支承系統(tǒng)力特性 (5)粒離器由于直升機經起落條件惡劣場使用超低空飛行懸停旋翼容易吸起量塵土、碎石些雜物吸入發(fā)機輕則腐蝕壓氣機造性能衰減或壓氣機喘振裕度降低至提前返修重則打壞葉片損壞發(fā)機釀飛行事故保證渦軸發(fā)機安全靠工作必須采用進氣凈化裝置進氣凈化裝置兩種類型:阻攔式濾器慣性式粒離器由于阻攔式濾器離效率低且設備能量損失已更適合渦軸發(fā)機進氣除塵慣性式粒離器所代替目前慣性類型粒離器已經由早期作發(fā)機整體部件("黑鷹"直升機T700發(fā)機)發(fā)展直升機外部AH-64阿帕奇外部空氣粒離器(EAPS)試驗證明:EAPS能量損失低于3%情況除砂效率超90%更能體現前粒離器設計要求:滿足特定低飛機性能基礎盡量提高離技術水平第四代渦軸發(fā)機T800則采用整體、進氣粒離器離效率工業(yè)高試驗臺用C級細砂試驗證明離效率高達97% (6)紅外抑制器二十世紀光電迅猛發(fā)展研制紅外像技術能遠距離內識別目標即通跟蹤飛機發(fā)紅外信號摧毀飛機使紅外抑制技術變重要起發(fā)機直升機紅外輻射源紅外導彈主要跟蹤目標需要發(fā)機安裝紅外抑制器降低發(fā)機熱部件溫度排氣熱流溫度例尾噴口采用隔熱護擋板遮擋或屏蔽紅外輻射采用異形尾噴管改變紅外波使紅外探測器失諧;采用噴氣濾波改變其輻射波;采用非圓截面二元噴管濾除90%紅外輻射目前紅外抑制器主要利用引射原理引射周圍冷空氣摻入高溫尾焰并沖淡二氧化碳濃度達幅度減少排氣尾焰紅外輻射目美AH-64武裝直升機裝紅外散熱片、三矩形引射器抑制裝置安裝種抑制裝置同用冷卻風扇冷卻發(fā)機熱源相比飛機重量減少182kg垂直爬高速度增加76m/min紅外信號抑制裝置紅外信號6%排氣熱流紅外信號未抑制10%應用與影響: 渦軸/渦槳發(fā)機包括輕型攻擊/反坦克直升機、專用武裝直升機、戰(zhàn)術運輸機、反潛攻擊機、邊防巡邏機、輕型攻擊機、初級教練機等: 回答者：網友

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