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材料之殇:从小学知识说起,说说航空发动机

时间:2019-02-22 11:19来源:老和山下的小学僧 作者:中国航空

一、涡扇-10,WS10,俗称太行发动机。

我们的第一台大推力发动机,大涵道比结构,用于大型军用飞机。延伸型号则装备最先进的三代机,歼11B。看几条官方公布的新技术:

1)“低压涡轮两级导向叶片空心、三联整体无余量精铸结构,与高压涡轮对转。”啥意思呢?如果所有的叶盘往一个方向转,就会带着发动机也朝一个方向转,固定支架的压力就很大;如果一个向左转,一个向右转,就可以抵消旋转产生的力,这个道理很简单。据说这种设计在此类发动机里很少见,但这对发动机叶片耐高温没啥帮助,也不能因此而多倒燃料。

2)“三级风扇为带进气可变弯度导向叶片的跨音速气动设计。”啥意思?气动是我们的强项嘛,不过这种设计还是提升不了发动机的层次。

3)“借鉴国际上先进的气膜冷却技术,大胆采用了复合气冷空心涡轮叶片。”终于说到点子上了,叶片能承受更高的温度,尽管倒燃料吧!

4)“纳米氧化锆热障涂层技术应用于高压涡轮导向叶片以及低压一、二级导向叶片。”这个好理解,叶片更耐热了,不错不错。

5)“第Ⅳ级和Ⅷ级高压压气静子叶片,首次实现高温合金叶片的冷辊轧。”这个也不错,同样的材质,冷辊轧的性能会更好点。

6)“首次采用整体铸造钛合金中介机匣。”这是发动机最重要的承力结构,整体铸造的强度寿命都会更好些。

总体来看,涡轮前温度1747K,最大推力13-15吨,推重比大约8,有不少新的设计,估计已经用上那个最新的钛铝合金了。如果镍基材料追上来,性能肯定还能升,现在虽比不上美帝,但也算是合格大流氓了。

二、涡扇-15,WS15,俗称峨眉发动机。

尚未出世,为J20等四代机定制的小涵道比矢量发动机,“矢量”就是喷口能拐弯的意思。二三级风扇和前三级高压压气机为整体叶盘,钛合金材料;高压涡轮叶片是所谓的国内第三代单晶材料,估计研发就是卡在这里了。

设计参数:涡轮前温度1850K,最大推力16-18吨,推重比大约10。

对比一下美帝F35的发动机,全世界最牛逼的普惠F135:涡轮前温度大约2000K,最大推力19吨,推重比11.7。强调一点:美帝是现役的,我们是研发中的。

简单看一眼现役老装备:涡扇-9“秦岭”,推重比5.05,推力约5.5吨,装备飞豹;涡扇-13“天山”,推重比7.8,推力约5吨,装备枭龙,飞豹;涡喷-14“昆仑”,推重比 6.4,推力约5吨,装备歼-8,歼-7系列;涡扇-500,用于无人机和巡航导弹,推力500kg。这是整体叶盘技术非常成功的应用案例,和西方差不多同一水平了。所以,我们这几年的无人机和巡航导弹一个比一个叫的响。

 


 

涡轮叶片想要全面赶超美帝,或三五年,或一二十年,反正不可能一夜圆梦,就死了这条心吧!不过,我们这位老司机,弯道超车可是一把好手。发动机的弯道在哪儿呢?

若在大气层内速度超过2倍音速,那些涡轮无论多牛逼,都会被离心力甩断裂,于是就有了新套路:“冲压发动机”。

速度快到逆天后,迎面吹来的风就比抽风机还要多,所以可以把那些乱七八糟的涡轮全扔了,就一个空牢牢的圆筒就行。这种发动机很轻,最多不超过1吨,但产生的推力却可以达到30吨,功率相当于200个火车头!冲压发动机的原理,就决定了这货只有在高速状态下才能开启,3倍音速以上的飞行器,基本都是冲压发动机。请看涡喷发动机和冲压发动机的区别:

 


 

因为不需要高温高压的叶片,我们一下子就活络了,气动外形可是咱强项啊!为什么我们的超音速巡航导弹、反舰导弹、防空导弹牛逼,这下明白了吧?

当然,这弯道超车也不是谁都能玩的,搞不好就得翻车,尤其是6马赫以上的超燃冲压发动机。这相当于在超音速的大风中点火(16级台风的风速也就50m/s),非常容易熄火!

 

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