1、德國:容克尤莫004B(被譽為全球“渦輪及噴氣發動機王子”)
發動機概述:德國容克尤莫004B曾經被稱作“渦噴王子”。它是全球第一款量産渦噴發動機,1944年開始批量生産,二戰中産量超過5000台。主要裝備Me 262和Arado Ar 234。值得一提的是,德國人在004B上使用了不少創新技術,比如空心渦輪葉片和輔助燃油噴射,德國人甚至準備采用加力燃燒系統。004B自重約1600磅,推力1980磅。換算一下推重比,大約是1.2左右。這就是噴氣時代的發端。
精評:JUMO004發動機是世界上最早投入使用的噴氣發動機,也是最早使用的軸流式發動機。二戰著名的me-262戰鬥機所使用的就是JUMO004發動機。值得一提的是,1936年當英國從事離心式發動機研制的時候,德國的junkers公司已經開始了軸流式發動機研制工作。1939年,德國帝國航空部(RLM)批準junkers發展一個噴氣發動機的生産合同。
值得注意的是,JUMO004發動機是一個妥協的設計,犧牲了許多性能,主要是由于在戰争後期德國短缺原料。盡管克服了許多困難,但由于缺乏微量金屬元素,發動機的可用性仍然很差。運行壽命在25和150小時之間,單機推力為8.3千牛。盡管如此JUMO004還是受到了德國空軍的高度重視,并決定将其批量生産。在整個戰争期間一共生産了5000餘台JUMO004發動機,用以裝備ME-262戰鬥機,AR-234轟炸機,GO-229飛翼機等。二戰結束後美國獲得了JUMO004發動機的大量資料并繼續研究。美國戰後第一代戰鬥機所使用的J47發動機就是以JUMO004為藍本設計的。
2、美國:通用電氣I-40/J-33(第一種利用噴射水和酒精提升動力的量産噴氣發動機)
發動機概述:P-80“流星”戰鬥機使用的離心式渦噴發動機,是I-16/J-31的改進型。I-40/J-33開始大量使用特種合金材料。燃燒室使用鉻鎳鐵合金(Inconel)、渦輪噴口使用鉻钴鎢硬質合金(Stellite),渦輪盤采用鎳基高溫合金(Hastelloy B)。自重1850磅,推力4000磅,通過噴水和酒精可以進一步提升到5400磅,推重比接近3。I-40是第一種利用噴射水和酒精提升動力的量産噴氣發動機。
精評:美國自從進入了噴氣式動力的新紀元後,GE抓住時機再接再厲,在I-A型發動機基礎上發展了J-33、J-35等型号的發動機,徹底在噴氣式航空發動機領域站穩了腳跟,并快速發展,美國現如今已成為民用航空發動機領域的No.1。值得一提的是,航空發動機具有研發成本高(10-30億美元)、研發周期長(10-15年)、技術複雜性高等特點,被稱為“現代工業皇冠上的明珠”。正是因為航空發動機具有以上特點,使得該行業門檻極高,市場占有率高度集中,尤其是民用航空發動機,全球民用航空發動機市場基本上被美國通用電氣(GE)、英國羅爾斯·羅伊斯(R·R)和美國普拉特·惠特尼(PW)三巨頭瓜分。
3、英國:羅羅“達特”渦輪螺旋槳發動機(世界上首款投入運營的商用客機的動力系統)
發動機概述:渦輪噴氣發動機的渦輪動力更多地被用于驅動加速器進而帶動螺旋槳,而不是用于産生強大的反沖動力,這樣的發動機就是渦輪螺旋槳發動機。1946年出現的羅羅RB.53“達特”(Dart)是渦輪螺旋槳發動機的早期傑作。它是維克斯“子爵”——世界上首款投入運營的商用客機的動力系統。“達特”從上世紀40年代末一直生産到1987年,算是相當高壽的渦輪螺旋槳發動機
精評:羅羅“達特”渦輪螺旋槳發動機達特民用渦槳發動機 類 型 渦輪螺旋槳發動機。其裝機對象:荷蘭福克公司雙發F.27B和F.27J,英國航宇公司的雙發HS.748/2A運輸機、4發“子爵” 運輸機、英國空軍4發“大商船”運輸機、日本的雙發YS-11運輸機。值得一提的是,二戰後,英國羅羅公司推出了兩款渦槳發動機達特(Dart)和苔茵(Tyne),它大大縮短了大洲之間旅行的時間。尤其是到60年代後,羅羅公司先後兼并了布裡斯托爾公司、布萊克本公司和納皮爾公司,成為英國最大的航空發動機公司,至此邁上了成為航空發動機三巨頭之一的道路。
4、美國普惠J-57(全球第一種采用雙轉子設計的軸流式噴氣發動機)
發動機概述:1953年在JT-3(JT-3是波音707和道格拉斯DC-8的動力)基礎上發展的J-57是世界上第一種采用雙轉子設計的軸流式噴氣發動機,具有相當好的加速性能。J-57也是世界第一款推力超過10000磅的發動機。JT-3的壓氣機和渦輪都分為低壓段和高壓段,彼此通過兩根相互嵌套的長軸連接,實現低壓段和高壓段的兩種轉速。這一創新顯著改善了發動機的性能。
精評:通用研制出的軸流式渦噴發動機J57,用于F-100、F-101和F-102等飛機。當J57 民用型在波音的B-52飛機得到成功飛行時,标志了美國民航進入了噴氣時代。通用後來研制了J58,其改進型11D用于美國的高空戰略偵察機SR-71。1960年以後,普惠公司研制了一系列發動機。如JT3D、JT8D、JT9D 和TF30分别用于B707、DC-8、DC-9、B747、B767和A300民用飛機以及F-111和F-14戰鬥機上,性能先進的F100發動機則裝在F-15和F-16戰鬥機上。
5、美國通用電氣J79(全球第一台可用于兩倍聲速飛行的航空發動機)
發動機概述:發動機要适應各種工作環境,其内部流暢環境如能做到調整最為理想。1955年推出的通用電氣J79率先采用了可調定子設計,通過調整進氣導流片的角度,讓發動機在更寬的環境中保持良好工作狀況。J79為單軸設計,采用17級壓氣機和3級渦輪。重3850磅,推力11905磅,加力推力17835磅,推重比4.6。
精評:J79渦噴發動機曾配裝麥道(現屬于波音公司)F-4“鬼怪”Ⅱ戰鬥機,被REL公司用作其高溫氣流試驗台(在美國科羅拉多州前山機場附近,編号TF2)的核心設備。值得一提的是,J79提供的1000℃高溫燃氣經過與加熱空氣混合後用于模拟産生相當于馬赫數5飛行環境下的進氣條件。該試驗台将驗證HTX樣機的可操作性和性能。HTX是“佩刀”(SABRE)發動機的核心部件,能夠在0.05秒時間内将高速(高總溫)來流冷卻到零下150攝氏度。
值得一提的是,美國J79發動機最先采用了可調靜子葉片技術,一經問世,美國空、海軍戰鬥機、超聲速轟炸機及導彈都打算用它作動力裝置。第一批生産出幾百台,僅幾個月的時間,J79便打破了5項高度和速度世界紀錄。1955~1982年間,美國和購買專利生産的國家一共制造了19000台J79,價值超過40億美元。該機直到1985年仍在生産,它享有發動機制造史上最可靠的軍用噴氣發動機的榮譽。
6、英國:羅羅 “康威”渦輪風扇發動機(世界上第一種量産渦輪風扇發動機)
發動機概述:在噴氣發動機研究中,人們發現渦噴發動機如果在壓氣機前端開環縫,讓一部分空氣從熱端外側流過,發動機經濟性反而提升。這就是最初的渦輪風扇概念的萌發。20世紀60年代投入使用的羅羅“康威”發動機成為世界上第一種量産渦輪風扇發動機。它采用雙轉子設計,配備16級壓氣機和3級渦輪,重量4544磅,推力17500磅,成為一款經濟性非常優越的動力系統。
精評:羅羅為人類航空史做出了非常大的貢獻,尤其是它開發了世界上第一種投入實用渦輪風扇發動機——RB.80“康威”。英國羅羅康威在開發過程中,最初計劃是給“勇士”Mk.2轟炸機配套,1950年1月,羅羅完成了康威RCo.2的設計,。
羅羅康威開花結果是在北美的民航市場。1960年,加拿大TCA航空公司提出購買裝備“康威”的波音707或道格拉斯DC-8,裝備康威的波音707- 420讓民航從此進入到渦扇時代。值得一提的是,“康威”版707和DC-8總産量十分有限,當時總共隻有69架。
7、英國:羅羅RB211三轉子渦輪風扇發動機(RB211是第一款三轉子渦輪發動機)
發動機概述:在雙轉子渦扇發動機盛行的時代,英國人試圖繼續實現轉子系統的速度多樣性。在兩級套軸的基礎上試圖再增加一根套軸,實現三轉子系統。這就是RB211發動機的獨門秘笈。但是挑戰這項絕活當時燒掉了1.7億英鎊,幾乎讓羅羅破産。英國政府在關鍵時刻接盤羅羅,實行國有化,最終讓羅羅完成了RB211。RB211以59000磅的推力,成為大型商用飛機動力典範。RB211及其三轉子技術衍生出的“遄達”系列航空發動機,奠定了羅羅此後半世紀的江山。
精評:RB211是羅爾斯羅伊斯股份有限公司生産的,推力介于37400-60600磅(166-270千牛)之間的高涵道比渦輪風扇發動機家族。最初發展的目的是做為洛克希德公司的L-1011(三星式客機)的動力裝置,從1972年開始随着三星飛機的投入使用而開始服務,并且是該型飛機唯一的動力來源。值得一提的是,研究RB211所花去的巨額資金使得羅爾斯羅伊斯有限公司于1971年破産,而之後被英國政府國有化才使得公司能夠生存下來。RB211是第一款三轉子渦輪發動機,這也使得羅爾斯羅伊斯在航空器發動機領域才能夠由一個小玩家變成世界級的競争者。
8、美國普惠F100(世界上最早投入使用的推重比達8一級軍用發動機)
發動機概述:20世紀70年代研制完成的普惠F100雙轉子渦扇發動機是首次把推重比提升到接近8的軍用發動機。它采用13級壓氣機和4級渦輪,雙轉子設計。F100不僅體現在推重比的階躍上,更體現在漫長艱辛的研制完善過程。從研制到成熟,幾乎用了30年時間。充分體現了現代先進航空發動機研制的高難挑戰。
精評:F100渦輪風扇發動機是美國研發的第四代航空發動機,1968年美國空、海軍空中優勢戰鬥機計劃要求大幅度提高發動機推重比和改善進氣道與發動機的匹配性,同時,美國國防部作出了采用同一個核心機發展兩種發動機的決定。F100發動機用于研制的費用為4.75億,用于部件改進的計劃費用約6.66億。這樣,該發動機從開始研制到1984年15年内總計花費11億美元。
F100發動機是世界上最早投入使用的推重比達8一級軍用發動機。在發動機參數選擇中注重提高發動機性能,采用兩高一低策略,即增壓比高、渦輪前溫度高和涵道比低。在材料上采用了高強度重量比、耐高溫的合金。F100也是首次使用單元體結構的戰鬥機發動機,它由5個單元體組成,各單元體都可更換。
F100-PW-100發動機在使用中出現了許多可靠性、耐久性和維修性方面的問題,曾一度使美國前線戰鬥機處于停飛的危險中。為此,普惠公司投入大量改進改型資金,采取一系列措施,發展出了F100-PW-220發動機,基本解決了F100-PW-100存在的問題,可靠性、耐久性和維修性得到很大改善。在與通用電氣公司F110發動機争奪裝備F-15和F-16的戰鬥機發動機大戰中,開始時處于不利地位,經改進後這兩種發動機各有千秋。為與通用電氣公司性能改進型F110-GE-129競争,普惠公司也在F100-PW-220的基礎上研制了性能改進型F100-PW-229。
9、美國:普惠F119渦輪風扇發動機(美國第四代戰鬥機研制的先進雙轉子加力式渦輪風扇發動機)
發動機概述:首款推重比實現9一級的渦輪風扇發動機。F119是美國長期航空動力預研投入的結晶。采用雙軸設計,9級壓氣機和兩級對轉渦輪。重量3900磅,推力35000磅。F-22的超音速巡航能力,幾乎全要依賴它。
精評:F119渦輪風扇發動機是雙轉子小涵道比加力渦扇發動機,是采用可上下偏轉的二維矢量噴管、偏轉角度達20度且推力和矢量由數字電子系統控制的一種發動機。F-22的超音速巡航能力,幾乎全要依賴它。F119發動機采取了将XF119的風扇直徑稍作增加以提高15%的風扇空氣流量,來滿足推力增大的要求.為此發動機的涵道比由0.25增至0.30。值得一提的是,XF119在進入EMD階段前總共完成了3000餘小時的整機試車,到1998年6月共進行了 8 000餘小時整機試車。
值得一提的是,美國F119發動機的推重比達到11.7,美國專門為F119研制了Alloy C型钛合金,它是由50%钛,35%釩,15%鉻組成的高溫阻燃合金材料,Alloy C型钛合金在激光器點燃試驗中,燃點比傳統钛合金高出了500度
10、美國:普惠PW1000G齒輪傳動風扇發動機(全球首創靜潔動力齒輪傳動風扇發動機)
發動機概述:轉子系統的多速度系是提升發動機經濟性的好辦法。通過研究,人們發現迫切需要調整速度的是商用發動機的大風扇——目前它的轉速偏大,實際上需要更低。傳統的用中央縱軸直連驅動的辦法沒法減速,因為後面的壓氣機不能減速。普惠提出了用行星齒輪系驅動風扇的新辦法,由此産生PW1000G系列齒輪傳動渦扇發動機。這樣就實現了風扇、低壓壓氣機/低壓渦輪、高壓壓氣機/高壓渦輪三種轉速,提升了發動機的經濟性。
精評:PW1000G的驗證機已完成了406小時的地面台架試車,120小時的空中試車(在普惠的B747SP飛行台上進行了12次45小時試車,在空客的 A340 600飛行台上進行了27次75小時試車)。這些成功的驗證飛行,無疑降低了這種發動機進入商業運營的風險。
PW1000G已有4個系列,PW1200G用于日本的MRJ客機,推力最小,為67~76kN;PW1500G用于巴西的 C系列客機,推力為93~104kN;PW1100GJM用于空客的 A320neo,PW1400G用于俄羅斯的MS2,後兩系列的推力相同,為110~150kN。值得一提的是,在PW1000G研制中,除保證發動機有好的性能、可靠性與耐久性外,也注重了發動機的維修性設計。
由于PW1000G采用了突破傳統構型的獨特的傳動風扇的減速器以及先進的 TALON燃燒室,使得發動機具有:油耗低(低12%左右),噪聲低(比第4階段要求低20dB),排放低(CO2排放每架飛機每年可減少3000t,NOX排放減少50%),維修成本低(葉片數少410%)等特點,能夠适應新世紀航空業對新技術、低消耗、低排放的需求。
,
更多精彩资讯请关注tft每日頭條,我们将持续为您更新最新资讯!