五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】中国大运之谜 -- 晨枫

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        • 家园 涡桨,浆扇和大涵道比涡扇。

          涡桨,是涡轮通过减速器驱动螺旋桨,在这里呢,减速器是个基本特征。因为螺旋桨直径大,叶尖容易超声速,产生激波损失,所以在经验公式计算中,飞行马赫数超过0.7之后,螺旋桨的效率会随马赫数的提高急剧下降。在涡桨发动机中,如果是自由涡轮的话,涡轮转速一般在6000到12000rpm,如果是定轴式的,涡轮转速一般在8000-18000rpm(小型的可到数万),而螺旋桨转速一般控制在1000左右。此外,螺旋桨一般由数目较少的直叶片组成。

          浆扇,可以视作涡扇和涡桨的折中方案,因为没有减速器,也有人归类到超高涵道比(15-20)的涡扇发动机,其形式也有带外涵道和不带外涵道的区分。与螺旋桨发动机相比,浆扇的直径要小得多,叶片后掠,数量也多,而且叶片较薄,与常规涡扇的风扇相比,叶片数少并且又宽又厚。

          大涵道比涡扇发动机,主要用于运输机,大概从60年代末的TF39开始算起,到现在算是经过了四代的发展,涵道比从最初的4,发展到目前的11左右,已经接近浆扇的范围。而且当前大涵道比的叶片也采用掠型设计,尺寸也非常的大,像GE90-115B的风扇直径能够达到三米多。

          这三种发动机各有优劣,单以耗油率论,涡桨比较适合在0.7马赫下飞行,浆扇适合在0.7-0.8,涡扇可以飞的更高些。

          不过就目前的形势看,涡桨、浆扇,飞行速度低,噪音也不好解决,随着大涵道比涡扇的发展,将来将会是Trent1000和GEnx们的天下。

          • 家园 实际上桨扇发动机也不是都没有加速器的

            在80年代桨扇发动机特别流行的时候,主要有2种发动机比较出名,一个是GE的GE-36,这个是没有加速器的,靠的是低速的低压涡轮驱动桨叶,另一个就是P&W与Allison的576DX,这个和俄国的D-27类似,涡轮与桨叶间是有减速器的。

            • 家园 加不加减速器

              主要是调和一个设计矛盾。

              加减速器的话,可以提高低压转子转速,减少级数。但是减速器及其冷却系统的重量又是极其可观的,并且减速器的可靠性也受质疑。这在以前主要受各公司的设计能力制约。谁在哪方面的设计能力强,就会倾向于哪种方案。

              至于现在么,高可靠性的轻型减速器和高效低压涡轮……啧啧,还是模棱两可啊。

              • 家园 这确实是一对矛盾

                GE为了解决问题,就给GE36装了7*2级的动力涡轮~~~

                • 家园 这个从两者的转速就可以看出来

                  GE36的低压转速大概是1300rpm,578DX的低压转速是10290rpm,通过8.3:1的减速器去带浆扇。

                  由此产生两条道路,一种致力于提高低压涡轮的效率并尽量减重,一种期望在减速器上能够获得突破,从而直接跳出低压转速的限制。这两个方向貌似也是GE和PW的分歧。我个人比较倾向GE,对于运输用发动机来说,减速器带来的不可靠性太高。不过PW在这方面积累很多,有惊喜也说不定。

          • 家园 多谢解释

            这么看来,浆扇和大大增加尺寸且可以不带外涵的涡扇也没有什么差别?

            • 家园 相对来说是这样的

              加大风扇的直径、减少叶片数量、采用后掠式叶片。

              现在涡扇也搞齿轮减速的哦,P&W的GTF验证机就是原型

          • 家园 多谢答疑解惑
        • 家园 气动理论是很难突破的~

          缩短了桨叶的长度,就可以降低桨尖的线速度,自然可以提高转速。

          桨扇发动机

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          桨扇发动机是一种涡轮发动机,类似于涡轮风扇发动机,但没有风扇涵道。风扇置于发动机短舱之外。和涡轮风扇发动机类似,风扇由涡轮直接带动。在外观上,桨扇发动机和涡桨发动机很相似,但涡桨发动机的螺旋桨是由涡轮通过减速器带动的,桨扇和涡轮之间则无减速器。

          由于和涡轮之间没有减速器,因此桨扇的螺旋桨转速非常高。因此在设计中,螺旋桨的叶型和叶片翼型都和涡桨发动机螺旋桨不同。

          有的桨扇发动机采用双涡轮双层桨结构,两层桨转动方向相反,以提高效率。

          由于结构类似于涡扇发动机,且没有风扇涵道,桨扇发动机经常被称做无限高涵道比的涡扇发动机。

          桨扇发动机有着涡扇发动机类似的速度和性能,但在经济性上接近涡桨发动机。

          • 家园 我的理解还是在叶尖速度是否超音速上

            也就是说,缩小直径后,转速可以大大超过一半的涡桨,达到较高的飞行速度。类似的技术在直升机旋翼上也有应用,像Lynx的旋翼

            {imge]http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/heli_rotor_systems/DI53G3.jpg[/imga]

            相对于平直翼,后掠翼可以突破音速,这在气动理论上已经不算什么突破了。

            • 家园 实际上桨扇发动机的叶片线速度还是没有超过音速的

              根据Wiki上关于GE-36的资料显示,线速度大概是M0.75,也就是处于高亚音速的区域。如果是超音速呢,叶片本身是没啥问题的,只是超音速的激波对于飞机本身的影响就可能会比较大了,毕竟桨扇发动机都是用于非战斗机型的,强度都是受限制的

        • 家园 看过一个说法,真假未知,凑合说说

          桨扇的转速是和涡轮机本身的叶片相同的,工作在高亚音速区域。所以其叶片和涡轮叶片形状类似,呈现锋利的薄刃状。而涡桨的桨叶是从涡轮中经过减速引出的,所以桨叶工作在较低的速度下,叶片截面是典型的低速翼型。

          至于说桨扇相比涡桨的优势,大约就是不需要变速,减少损耗,节省能源——猜的。

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