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大涵道比发动机投入使用,“运20”战力迎来质变
发布时间:2023-05-24     作者:   来源:科普中国   分享到:

2023年4月,很多人发现,咱们的运20有点不对劲,哪里不对劲呢?发动机粗了,很多朋友知道,这叫做大涵道比涡扇发动机。今天咱们就来说说,大涵道比涡扇发动机与小涵道比发动机有什么区别?运20换发之后可能会有哪些性能提升呢?

首先,什么是涵道比呢?这个是专门针对涡轮风扇发动机(简称“涡扇发动机”)来讲的一个参数,涡轮风扇发动机的气流有两条通路,一条是中间经过核心机的内涵道,事实上他跟涡喷发动机的原理一样,另外一条是中间核心机和外面这个壳子中间的这一条,叫外涵道,外涵道流过的空气流量与内涵道流过的气流流量的比就叫涵道比。所以呢,涵道比越大,外面这个壳子就越粗,所以发动机也越粗。

大涵道比发动机会比小涵道比发动机有更大的推力,也会更加省油,这是为什么呢?简单来说就是,可以单位时间往后扔更多的空气。我们可以先从感性上认识一下,如果我坐在一艘船上,依靠往后扔东西产生动力往前跑,我让你选几个可以往后扔的东西,乒乓球,网球,铅球,你选哪个?肯定是铅球,他能更好的产生推力。着我们也可以从理论上来分析一下,依靠往后扔东西来产生推力,事实上利用的就是所谓反冲,我扔出去的东西的动量,就是我能获得的动量,而这个动量如果分配在单位时间里面,就是推力了。动量等于质量乘以速度,所以,要么我扔更重的东西,要么我更快地把他扔出去。

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涡扇发动机示意图,配图来自图虫网

那么,凭什么我扔更重的东西就省劲儿,扔的更快就费劲儿呢?我们还要考虑耗费的能量,我们要给扔出去的这个东西多大的能量呢?高中学过,二分之一质量乘以速度的平方,看看这里速度是个平方,而质量上没有平方,提升速度就要比提升质量多耗费更多的能量。因此,航空发动机要想要更省油推力更大,就要往后扔更多的空气,对于大涵道比涡扇发动机来说,他里面那个核心机往后喷的气体并不是主要的动力来源,而核心机推动涡轮转动涡轮转动,涡轮再带动风扇转动,风扇转动再推动空气往后跑产生的动力才是主力,有多主力呢?在民航客机的大涵道比发动机里面,外涵道,也就是风扇产生的推力要占到总推力的80%以上。

大涵道比涡扇发动机虽然更加省油推力也更大,但是,他个头也大,所以产生的阻力也更大,因此,不适合高速飞行,因此,战斗机上装的还都是小涵道比的涡扇发动机,而且刚才说的省油推力大也是在低空低速状态下,在高空高速状态下,他们甚至不如涡喷,所以亚声速的运输机啊客机啊,是最适合大涵道比发动机的。

那运20换装了大涵道比涡扇发动机,能够带来哪些性能提升呢?当然咱们也不知道换装的是啥型号,参数怎么样。就前面讲的一般规律而言,它的推力应该会提升之前装的俄罗斯D30kp2发动机推力是12吨左右,后来换了咱们仿制D30又提升了性能的涡扇18之后这个推力提升了一点,可能不到13吨,而美国C17运输机的发动机一台推力就能到18.6吨,咱们新的这个大涵道比发动机咱们保守一点,应该没法一步到位这么大,但是哪怕只提升到15吨左右,这都会给作战能力带来极大的加强。

为什么呢?飞机设计都讲究一个推重比,也就是总推力和飞机重量的比,这个比值够大,飞机才能飞起来。资料上说运20之前的最大起飞重量是220吨,而之前四台发动机的推力大概是48吨,算一下大约0.22,对于运输机而言,这基本是能飞起来的极限推重比了,那我们用这个推重比反算一下,如果单台推力达到了15吨,那四台就是60吨,除以0.22,270多吨,这意味着换发之后的运20可以多带50吨的东西起飞,这50吨可以是货物,也可以是燃油,也就是说,要么装的更多,要么飞得更远,再结合大涵道比涡扇发动机更加省油的特性,这个综合实力说是质的提升也不过分。如果咱们再保守一点,比如因为咱们技术不够成熟,这个发动机的推力跟原来没有显著提升,那至少他可以更省油,这样至少运20也能够飞得更远,这对于运输机而言也是重大的进步。

而要我说,哪怕这个大涵道比涡扇发动机相比原来各方面性能没有显著提升,这也是非常具有意义的换发,因为我们之前的大涵道比发动机就是空白,能造出来就已经迈出了第一步,而有人用,才会有人研究,有人设计,有人制造,我们在这方面的经验才会不断提升,不仅是设计人员制造人员,还有使用维护大修的人员,我们都需要更好地认识这种发动机,越来越熟悉,他才有可能越来越先进。衷心希望以后能够看到越来越多的飞机装上咱们的”中国心”,而且咱们的”中国心”越跳越强劲。


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