新航發(fā)已用上了變涵道比這種黑科技?


第5代先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)被認(rèn)為肯定是自然變循環(huán)體制的。所謂的自然變循環(huán),就是把外涵道的冷空氣直接引入內(nèi)涵道的燃燒室內(nèi)混合做功,這樣可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的整體燃燒效率,然后降低渦輪后噴氣的最終溫度,實(shí)現(xiàn)更大的非加力推力,而且可以節(jié)油3到4成。而現(xiàn)在看來(lái),在20多年前就理論突破的自然變循環(huán)的技術(shù)基礎(chǔ)上,有一種更深入的提升噴氣效率的科技,很可能在最新一代的航發(fā)上也實(shí)現(xiàn)了。這就是變循環(huán)的同時(shí)還要變涵道比。而且變涵道比的技術(shù)也可以單獨(dú)運(yùn)用,用來(lái)升級(jí)現(xiàn)有的第3代或者是第4代航空發(fā)動(dòng)機(jī),最終實(shí)現(xiàn)噴氣與燃油效率甚至比單獨(dú)采用自然變循環(huán)效果更好。那么變涵道比又是什么原理呢?很簡(jiǎn)單,當(dāng)今從戰(zhàn)斗機(jī)到大型運(yùn)輸機(jī)與客機(jī),如果采用的是常見(jiàn)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),

那么幾乎肯定都是固定涵道比的。涵道比簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是外涵道與內(nèi)燃燒通道的空氣流量對(duì)比,或者也可以直接通過(guò)不同的內(nèi)面積來(lái)計(jì)算。當(dāng)然內(nèi)外的空氣流速也可能有所不同,但是可以把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化處理。說(shuō)白了,就是把所有的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),都看成一個(gè)外在大直徑的筒子,套了直徑更小的一個(gè)內(nèi)筒子。發(fā)動(dòng)機(jī)的前風(fēng)扇輪的外直徑基本與外涵道的直徑相當(dāng);這樣前風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候,可以同時(shí)往內(nèi)筒與外筒都吹氣。而多層壓氣機(jī)的部分,則完全在內(nèi)筒內(nèi)部,其轉(zhuǎn)動(dòng)的外徑基本與內(nèi)筒直徑相當(dāng)。而燃燒室與渦輪都在發(fā)動(dòng)機(jī)的中部往后,4代與4代以前的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室與渦輪都只吸收內(nèi)筒的壓縮氣流進(jìn)行燃燒做功,然后再推動(dòng)多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。而多級(jí)渦輪負(fù)責(zé)帶動(dòng)2層到3層內(nèi)軸,

這樣就把它們不斷旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能再傳遞給前面的風(fēng)扇與壓氣機(jī)。這就是走馬燈的持續(xù)燃燒原理。而渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)就是根本沒(méi)有外涵道,只有單層一個(gè)內(nèi)筒。渦扇則是內(nèi)外兩個(gè)筒。對(duì)客機(jī)與運(yùn)輸機(jī)上的大直徑渦扇來(lái)說(shuō),風(fēng)扇只有一層,而且直徑可以高達(dá)3米以上。讓外筒可以經(jīng)過(guò)的空氣流量就特別大,這樣外涵道產(chǎn)生的反推力能夠達(dá)到全部發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際推力的85%以上。擴(kuò)大外涵道與風(fēng)扇直徑增推的效果很明顯,F(xiàn)35上的F135發(fā)動(dòng)機(jī)就是這么干的。但反面效果是外涵道與風(fēng)扇直徑太大,迎風(fēng)阻力也大,就導(dǎo)致涵道比過(guò)大的發(fā)動(dòng)機(jī),再先進(jìn)也只能放棄超音速飛行。不過(guò)人的思路總是奇妙與無(wú)限的。于是就有發(fā)明者想到:如果在起降與6000米以下中低空飛行階段,此時(shí)風(fēng)扇與外涵道直徑大的話,實(shí)際推力,

就非常好看;而一旦到了萬(wàn)米以上高空。再縮小涵道比與風(fēng)扇直徑,那么就可以2倍甚至3倍音速飛行。這就是變涵道比技術(shù)。主要是變外圈的大筒直徑。那么怎么變呢?可以拿一張白紙,臨時(shí)卷成一個(gè)筒,雙手不斷的旋轉(zhuǎn),就可以逐步改變這個(gè)筒的直徑。筒能變直徑了,那么里面的風(fēng)扇如何同步變直徑呢?這個(gè)技術(shù)就更復(fù)雜了。誰(shuí)能憑想象給出答案?