⑴ 涡轮风扇发动机的诞生
在五十年代未、六十年代初,作为航空动力的涡喷发动机已经相当的成熟。当时的涡喷发动机的压气机总增压比已经可以达到14左右,而涡轮前的最高温度也已经达到了1000℃的水平。在这样的条件下,涡喷发动机进行部分的能量输出已经有了可能。而当时对发动机的推力要求又是那样的迫切,人们很自然地想到了通过给涡喷发动机加装风扇以提高迎风面积增大空气流量,进而提高发动机的推力。
当时人们通过计算发现,以当时的涡喷发动机的技术水平,在涡喷发动机加装了风扇变成了涡扇发动机之后,其技术性能将有很大的提高。当涡扇发动机的风扇空气流量与核心发动机的空气流量大至相当时(函道比1:1),发动机的地面起飞推力增大了百分之四十左右,而高空巡航时的耗油量却下降了百分之十五,发动机的效率得到了极大的提高。
这样一种有着涡喷发动机无法比及优点的新型航空动力理所当然地得到了西方各强国的极大重视。各国都投入了极大的人力、物力和热情来研究试制涡扇发动机,在涡扇发动机最初研制的道路上英国人走在了美国人之前。英国的罗尔斯·罗伊斯公司从1948年就开始就投入了相当的精力来研制他们的“康维”涡扇发动机。1953年“康维”进行了第一次地面试车。又经过了六年的精雕细刻,直到1959年3月,“康维MK-508”才最终定型。这个经过十一年孕育的难产儿有着当时涡喷发动机难以望其项背的综合性能。“康维”采用了双转子前风扇的总体结构,函道比为0.3,推重比为3.83,地面台架最大推力为7945公斤,高空巡航推力为2905公斤,最大推力时耗油量为0.735千克/小时/千克,压气机总增压比为14,风扇总增压比为1.90,而且英国人还在“康维”上首次采用了气冷的涡轮叶片。当康维最终定型之后,英国人迫不及待地把它装在了VC-10上!
美国人在涡扇发动机研发上比英国人慢了一拍,但是其技术起点非常之高。美国人并没有走英国人从头研制的老路。美国的普·惠公司利用自已在涡喷发动机上的丰富技术储备,采用了已经非常成熟的J-57作为新涡扇发动的内涵核心发动机。J-57是美国人从1947年就开始设计的一种涡喷发动机,1949年完成设计,1953年正式投产。J57在投产阶段共生产了21226台,是世界上产量最大的三种涡喷发动机之一,先后装备了F-100、F-101、F-102、B-52等机种。J-57在技术上也有所突破,它是世界上第一台采用双转子结构的喷气发动机,而由单转子到双转子是喷气发动机技术上的一大进步。不光是核心发动机,就连风扇普惠公司也都是采用的已经相当成熟的部件,已被撤消了型号的J91核动力喷气发动机的长叶片被普惠公司拿来当作新涡扇的风扇。1960年七月,普惠公司的JT3D涡扇发动机诞生了。JT3D的最终定型时间比罗罗的康维只晚了几个月,可是在性能上却大大的提高。JT3D也是采用了双轴前风扇的设计,地面台架最大推力8165公斤,高空巡航推力2038公斤,最大推力耗油0.535千克/小时/千克,推重比4.22,函道比1.37,压气机总增压比13.55,风扇总增压比1.74(以上数据为JT3D-3B型发动机的数据)。JT3D的用处很广,波音707、DC-8用的都是JT3D。不光在民用,在军用方面JT3D也大显身手,B-52H、C-141A、E-3A用的都是JT-3D的军用型TF-33。
现今世界三大航空动力巨子中的罗·罗、普·惠,都已先后推出了自已的第一代涡扇作品。而几乎是在同一时刻,三巨头中的另一个也推出了自已的第一代涡扇发动机。在罗·罗推出“康维”之后第八个月、普·惠推出JT-3D的前一个月,通用电气公司也定型了自已的第一代涡扇发动机CJ805-23。CJ805-23的地面台架最大推力为7169公斤,推重比为4.15,函道比为1.5,压气机增压比为13,风扇增压比为1.6,最大推力耗油0.558千克/小时/千克。与普·惠一样,通用电气公司也是在现有的涡喷发动机的基础之上研发自已的涡扇发动机,被用作新涡扇的内函核心发动机的是J79。J-79于1952年开始设计,于1956年投产,共生产了16500多台。它与J-57一样也是有史以来产量最高的三种涡喷发动机之一。与J57的双转子结构不不同,J79是单转子结构。在J-79上首次采用了压气机可调整流叶片和加力全程可调喷管,J-79也是首次可用于两倍音速飞行的航空发动机。
通用电气公司的CJ805-23涡扇发动机是涡扇发动机中一个绝对另类的产品,让CJ805-23如此与众不同的地方就在于它的风扇位置——它是唯一采用后风扇设计的涡扇发动机。
在五六十年代,人们在设计第一代涡扇发动机的时候遇到了很大的困难。首先是由于大直径的风扇与相对小直径的低压压气机联动以后,风扇叶片翼尖部分的线速度超过了音速。这个问题在当时很难解决,因为没有可利用的公式来进行运算,人们只能用一次又一次的试验来发现、解决问题;第二是由于在压气机之前多了风扇,使得压气机的工作被风扇所干扰;第三是细长的风扇叶片高速转动所引起的振动。
而通用电气公司的后风扇设计一下子完全避开了这三个最主要的困难。CJ805-23的后风扇实际上是一个双节的叶片,叶片的下半部分是涡轮叶片,上半部分是风扇叶片。这样的一个叶片就像涡轴发动的自由涡轮一样被放在内函核心发动机的尾部。叶片与核心发动机的转子没有丝毫的机械联系,这样人们就可以随心所欲地来设计风扇的转速,而且叶片的后置也不会对压气机产生不良影响。但在回避困难的同时也引发了新的问题。
首先是叶片的受热不匀,CJ805-23的后风扇叶片的涡轮部分在工作时的最高温度达到了560度,而风扇部分的最低温度只有38度;其次,由于后风扇不像前风扇那样工作在发动机的冷端,而是工作在发动机的热端,这样一来风扇的可靠性也随之下降,而飞机对其动力的要求最重要的一条就是万无一失。而且风扇后置的设计使得发动机由于形状上的原因其飞行阻力也要大于风扇前置的发动机。
当“康维”、JT-3D、CJ805-23这些涡扇发动机纷纷定型下线的时候,人们也在不断反思涡扇发动机的研制过程。人们发现,如果一台涡扇发动机如果真的像“康维”那样从一张白纸上开始试制,则最少要用十年左右的时间新发动机才能定型投产。而如果像JT-3D或CJ805-23那样,利用已有的一台涡喷发动机作为内函发动机来研制涡扇发动机的话,因为发动机在技术上最难解决的部分都已得到了解决,所以无论从时间上还是金钱、人力、物力上都要节省很多。在这样的背景之下,为了缩短新涡扇的研制时间、减少开发费用,美国政府在还未对未来的航空动力有十分明确要求的情况下,从1959年起开始执行“先进涡轮燃气发生器计划”。这个计划的目的就是要利用最新的科研成果来试制一种燃气核心机,并进行地面试车,以暴露并解决各部分的问题。在这个燃气核心机的基础之上进行放大或缩小,再加装其它的部件,如压气机、风扇等等,就可以组装成不同类型的航空涡轮发动机。如涡扇、涡喷、涡轴、涡桨等等。“先进涡轮燃气发生器计划”实际上是一个有相当前瞻意味的预研工程。
用今天的眼光来看,这个工程的指导方向无疑是正确的。美国政府实际上是在激励本国的两大动力公司向航空动力系统中最难的部分开刀。因为在燃气涡轮发动机中最最严重的技术难点,就产生在这个以燃气发生器和燃气涡轮为主体的燃气核心机上。在每一台以高温燃气来驱动燃气涡轮为动力的发动机上,由燃气发生器和燃气涡轮所组成的燃气核心机的工作地点,将是这台发动机的最高温度、最大压力的所在地,所以其承受的应力也就最大,工作条件也最为苛刻。但燃气核心机的困难不只是压力和温度,高转数所带来的巨大的离心力、飞机在加速时的巨大冲击,如果是战斗机还要考虑到当飞机进行机动时所产生的过载和因过载而引起的零部件变形。在为数众多的困难中单拿出无论哪一个,都将是一个工程上的巨大难题。但如果这些问题未能解决,那么更先进的喷气发动机也就无从谈起。
在这个计划之下,普惠公司与通用电气公司都很快推出了各自研发的燃气核心机。普惠公司的核心机被称作STF-200,而通用动力公司的燃气核心机为GE-1。时至今日,美国人在四十年前发起的这场预研还在发挥着它的作用。现如今普惠公司和通用电气公司出品的各式航空发动机,如果都求其根源的话,它们却都是来自于STF-200与GE-1这两个老祖宗。 涡轮风扇发动机要比涡轮喷气发动机更省油,尤其是超过音速不太多时。所以民用喷气飞机都是采用的涡轮风扇发动机。
中国民用分开排气涡轮风扇发动机还未研制成功,军用混合排气涡轮风扇发动机中已成功批量生产的秦岭发动机相当于英国60年代的SPEY,用于飞豹上。相当于苏27上的AL31的太行前一段时间报道研制成功,但不知道是否投入批量生产。
提高涡轮风扇发动机推力的一个办法就是提高发动机的空气流量。
⑵ 涡轮发动机发明人是谁
英国人弗兰克·惠特尔
⑶ 谁发明了蒸汽涡轮发动机
涡轮发动机是内燃机的一种。常用作飞机的发动机。 按照涵道比的不同,分为涡轮风扇发动机或涡轮喷气发动机;另外还有涡轮旋桨发动机(或涡轮螺旋桨发动机、涡轮桨发动机等),以及类似但用于直升机上的涡轮轴发动机,以及由涡轮发动机衍生出来,用于车辆、船舰、发电等的燃气涡轮引擎。 所有的涡轮发动机都具备压缩机(Compressor)、燃烧室(Cumbustion)、涡轮机(Turbine,也就是涡轮发动机之名的来源)三大部份。压缩机通常还分成低压压缩机(低压段)和高压压缩机(高压段),低压段有时也兼具进气风扇增加进气量的作用,进入的气流在压缩机内被压缩成高密度、高压、低速的气流,以增加发动机的效率。气流进入燃烧室后,由供油喷嘴喷射出燃料,在燃烧室内与气流混合并燃烧。燃烧后产生的高热废气,接著会推动涡轮机使其旋转,然后带著剩余的能量,经由喷嘴或排气管排出,至于会有多少的能量被用来推动涡轮,则视涡轮发动机的种类与设计而定,涡轮机会和压缩机一样分成高压段与低压段。
⑷ 涡轮风扇发动机的涡扇发动机的由来
涡桨发动机的排气速度太低推力有限,同时影响飞机提高飞行速度。因此必需提高喷气发动机的效率。发动机的效率包括热效率和推进效率(引擎排气速度与飞行速度之比)两个部分。提高燃气在涡轮前的温度和高压压气机的增压比(转速),就可以提高热效率。因为高温、高密度的气体包含的能量要大。但是,在飞行速度不变的前提下,提高涡轮前温度,意味着提高涡轮叶片以及在同一根轴上的压气机的转速,自然会使排气速度加大。而流速快的气体在排出时动能损失大。一般涡喷发动机的排气速度大多超过音速,而飞机大多数时候是在亚音速飞行。因此,片面的加大热功率,即加大涡轮前温度,会导致推进效率的下降。要全面提高发动机效率,必需解决热效率和推进效率这一对矛盾。涡轮风扇发动机的妙处,就在于既提高涡轮前温度,又不增加排气速度(通过增加低速的排气流量,降低平均排气速度)。涡扇发动机的结构,实际上就是涡轮喷气发动机的后方再增加了1-2级低压(低速)涡轮,这些涡轮带动一定数量的风扇,继续消耗掉一部分涡喷发动机(核心机)的燃气排气动能,从而进一步降低燃气排出速度。风扇吸入的气流一部分如普通喷气发动机一样,送进压气机(术语称“内涵道”),另一部分则直接从涡喷发动机壳外围向外排出(“外涵道”)。因此,涡扇发动机的燃气能量被分派到了风扇和燃烧室分别产生的两种排气气流上。这时,为提高热效率而提高涡轮前温度,可以通过适当的涡轮结构和增大风扇直径,使更多的燃气能量经低压涡轮驱动风扇传递到外涵道气流,从而避免大幅增加排气速度。这样,热效率和推进效率取得了平衡,发动机的效率得到极大提高。效率高就意味着油耗低,飞机航程变得更远。但是大风扇直径增加了发动机的迎风面积,所以涵道比大于0.3以上的涡扇发动机 不适合超音速巡航飞行。虽然涡扇发动机降低了排气速度,但并未降低推力,因为降低排气速度的同时增加了(外涵)排气流量。从涵道比的角度看,涡扇发动机是涡喷发动机和涡桨发动机的折中。
⑸ 喷气发动机是谁发明的
惠特尔。英国发明家惠特尔,发明了飞机喷气发动机。喷气式发动机的产生,给世界航空工业带来了一场革命。由于它采用了全新的工作原理,
1907年6月1日,惠特尔出生于英格兰南部的考文垂。在第一次世界大战中,童年的惠特尔亲眼看到战斗飞机的空中格斗,从而对空战产生了浓厚兴趣。16岁时,惠特尔考入英国皇家空军见习学校,毕业后到克兰威尔的皇家空军学院学习。
在校期间,他就发现驱动螺旋桨的活塞式发动机满足不了飞机高空高速飞行的需要,并在毕业论文中提出了新型推进系统涡轮喷气发动机的工作原理:先将空气吸人,再经过双面离心压气机压缩,然后在单管燃烧室内喷油燃烧;燃烧后的高压燃气驱动涡轮带动压气机,同时高速从尾喷管喷 出,从而产生推力推进飞机。他推导出了发动机热力学的基本方程,并且提出飞机的巡航高度可以达到35000米。
喷气发动机(Jet engine)是一种通过加速和排出的高速流体做功的热机或电机。它既可以输出推力,也可以输出轴功率。大部分喷气发动机都是依靠牛顿第三定律工作的内燃机,但也有一些例外。常见的喷气发动机有涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机、火箭发动机、冲压发动机、脉冲压式喷气发动机等。
(5)涡轮风扇发动机谁f发明扩展阅读:
喷气发动机应用
喷气发动机可以应用在任何航空航天器上,吸入式发动机可以用在飞机、巡航导弹和空天飞机上。此外还可以用在气垫船和地效飞行器上。火箭发动机则用于烟花、运载火箭、军用火箭、各种导弹和飞船上。
有时喷气发动机也会用在特制的汽车上,这些用于竞赛的汽车可以拥有极高的速度,有的甚至可以超过音速。一些爱好者也会把喷气发动机安装在家用汽车、滑板、甚至自行车上。美国曾经研制过在北极使用的喷气式雪橇。有些喷气发动机会被改装成燃气轮机,用做发电、取暖之用。改造后的发动机大多使用天然气。
⑹ 请问涡轮风扇发动机是哪国发明的
德国戴姆勒奔驰公司在1943年试验了世界上第一台涡轮风扇发动机 型号为DB670 试车时间是43年4月1日
⑺ 涡轮增压发动机是谁发明的
涡轮增压是欧洲申宝汽车发明的,所以在欧洲的民用车里面流传比较广,比如大众,就十分内青睐涡轮增压的发动机,容我们所说的宝来1.8T,A61.8T等等,都是采用了涡轮增压的发动机,不过,总体来说欧系车增压值都是很小的,比如说1.8增压之后可以达到2.1,2.2那样子,涡轮小,增压值低,为的就是民用车的舒适
⑻ 是谁发明了飞机上涡轮发动机
其实涡轮发动机不是一个人发明的,而是三个不同国家的人不约而同分别独立发明的,他们分别是德国的奥海因,英国的惠特尔和美国的普赖斯,按时间顺序:
1.1935年,惠特尔,WU发动机,离心式压气机,直径480mm,转速17750r/m,推力5.34kN
2.1937年,奥海因,Hes 1发动机,离心式压气机,直径305mm,转速10000r/m,推力2.65kN
3.1939年,由洛克希德购买普赖斯专利于并于1941年完成结构设计,L-1000发动机,轴流式压缩机,环形燃烧室,两级涡轮,推力24.9kN,是三种涡喷鼻祖中最先进的!他们三人都各自申请了专利!
⑼ F119涡轮风扇发动机的研制情况
1983年9月,美国空军同时授予普·惠公司和通用电气公司金额各为2亿美元,为期50个月的验证机合同。普·惠公司的PW5000是一种强调应用成熟技术的常规设计;而通用电气公司的GE37则是一种新颖的变循环发动机,其涵道比可在0~0.25之间变化。后来,这两种验证机分别编号为YF119和YF120,并于1986年10月和1987年5月开始地面试验。经过广泛的地面试验和安装在YF-22和YF-23上的初步飞行试验后,1991年4月,F-22/F119组合被选中。据美军方有关人士谈到选择F119的原因时说,F120技术复杂,尚未经实际验证,因而研制风险较大,而且变循环设计也增加了结构和控制系统的复杂性和重量,因而维修比较困难,寿命期费用较高。在选择时,风险和费用是主要考虑,技术先进性没有起到关键作用。在此之前,F119已积累3000多地面试验小时,其中1500h带二元矢量喷管试验。
在F119上采用的新技术主要有:三维粘性叶轮机设计方法、整体叶盘结构、高紊流度强旋流主燃烧室头部、浮壁燃烧室结构、高低压涡轮转向相反、整体式加力燃烧室设计、二元矢量喷管和第三代双余度FADEC。此外,还采用了耐温1070~1100℃的第三代单晶涡轮叶片材料、双性能热处理涡轮盘、阻燃钛合金Alloy C、高温树脂基材料外涵机匣以及用陶瓷基复合材料或碳-碳材料的一些静止结构。在研制中,注意了性能与可靠性、耐久性和维修性之间的恰当平衡。与F100-PW-220相比,F119的外场可更换件拆卸率、返修率、提前换发率、维修工时、平均维修间隔时间和空中停车率分别改进50%、74%、33%、63%、62%和29%。新的四阶段研制程序和综合产品研制方法保证发动机研制结束时即具有良好的可靠性、耐久性和维修性并能顺利转入批量生产。在研制中,为满足提高推力的要求而增大风扇直径,还遇到了风扇效率低、耗油率高和低压涡轮应力大的问题。预计,1994年中开始初步飞行试验,此时F119将再积累3000地面试验小时。1997年交付第1台生产型发动机,装F119的F-22战斗机将于2002年具备初步作战能力。
⑽ 请问世界上最早的涡轮螺旋桨是哪国发明的
1942年,英国开始研制世界上第一台涡桨发动机曼巴。该机装在海军"塘鹅"舰载反潜飞机上。以后,英国、美国和前苏联陆续研制出多种涡桨发动机,如达特、T56、AI-20和AI-24。这些涡桨发动机的耗油率低,起飞推力大,装备了一些重要的运输机和轰炸机。美国在1956年服役的涡桨发动机 T56/501,装于C-130运输机、P3-C侦察机和E-2C预警机。它的功率范围为2580~4414 kW ,有多个军民用系列,已生产了17000多台,出口到50多个国家和地区,是世界上生产数量最多的涡桨发动机之一,至今还在生产。前苏联的HK-12M的最达功率达11000kW,用于图-20"熊"式轰炸机、安-22军用运输机和图-114民用运输机。终因螺旋桨在吸收功率、尺寸和飞行速度方面的限制,在大型飞机上涡轮螺旋桨发动机逐步被涡轮风扇发动机所取代,但在中小型运输机和通用飞机上仍有一席之地。其中加拿大普·惠公司的PT6A发动机是典型代表,40年来,这个功率范围为350~1100kW的发动机系列已发展出30多个改型,用于144个国家的近百种飞机,共生产了30000多台。美国在 90年代在T56和T406的基础上研制出新一代高速支线飞机用的AE2100是当前最先进的涡桨发动机,功率范围为2983~5966 kW,其起飞耗油率特低,为0.249 kg/(kW·h)。