世界上推力最大的渦輪噴氣引擎

　　你知道世界上推力最大的火渦輪噴氣引擎是哪種嗎?它推力是多少噸?下面讓小編為大家介紹一下吧。

　　據(jù)了解，目前最大的扇渦輪噴氣發(fā)動機是由勞斯萊斯公司制造的Trent XWB-97，該公司也是通用電氣的主要競爭對手。Trent XWB-97是一款三軸扇渦輪噴氣發(fā)動機，扇直徑約3米，起飛時能產生高達97000磅(約合44000公斤)的推力。

　　對GE9X引擎的測試被視為波音777X系列飛機發(fā)展的重要一步。在波音777系列“巨無霸”飛機的基礎上，777X系列飛機座椅數(shù)達到406，預計2020年投入使用。目前該機型已有320架訂單，它也將成為世界上最大的商用客機，由于翼展過長，在有些機場內還必須折疊起來

　　作為世界領先飛機發(fā)動機制造商之一，勞斯萊斯和另外很多企業(yè)一樣，在生產過程中運用到了3D打印技術。100多年來，勞斯萊斯始終致力于飛機引擎制造研發(fā)。本周，他們在Airbus客機上投入使用了有史以來功能最強大的引擎。而這項記錄的誕生從某些程度上來說，歸功于引擎上由3D打印技術制作的一組先進翼面。

　　TrentXWB系列渦扇噴氣式發(fā)動機，被廣泛認為是近十年市場上出現(xiàn)的高質量高效率的民用噴氣引擎之一。這也是一款十分暢銷的寬體噴氣式飛機引擎，已經有超過40個商家購買了1，500多臺。自從Trent1000發(fā)布后，勞斯萊斯從未停下研發(fā)的步伐，試圖不斷突破飛機引擎的性能與穩(wěn)定性。近期，勞斯萊斯特為AirbusA350XWB提供了新型引擎。

　　正在研發(fā)的最新TrentXWB-97引擎專為AirbusA350-1000設計，預計在2017年投入使用。該引擎開發(fā)設計在兩年前開始，本周第一次試飛成功，日后TrentXWB-97也將代替Rolls-RoyceTrent900成為Airbus的新一代引擎。這次試飛成功不僅僅是XWB-97的里程碑，其中運用的3D打印飛機引擎部件也是行業(yè)內一次引入注目的成就。

　　TrentXWB-97前身為XWB-84，因為飛機起飛時會產生84，000磅的推動力而命名。如今97系列在沒有花費多少額外功率的條件下就可以達到97，000磅，其中一部分原因就來自前軸承座里3D打印的翼面。這些由勞斯萊斯與謝菲爾德大學合作研發(fā)的翼型是目前為止組成飛機引擎最大規(guī)模的3D打印部件。

　　近來，勞斯萊斯在位于英國德比的工廠制造設備上投資了數(shù)千萬英鎊，將成為XWB生產的主站點。最新的3D打印技術可以讓其發(fā)動機的開發(fā)設計過程更快捷，更省錢。據(jù)勞斯萊斯稱，3D打印讓他們在研發(fā)XWB-97的過程中，節(jié)省了三分之一的時間。

　　渦輪噴氣發(fā)動機

　　渦輪噴氣發(fā)動機是一種渦輪發(fā)動機。特點是完全依賴燃氣流產生推力。通常用作高速飛機的動力，但油耗比渦輪風扇發(fā)動機高。渦噴發(fā)動機分為離心式與軸流式兩種，離心式由英國人弗蘭克·惠特爾爵士于1930年發(fā)明，但是直到1941年裝有這種發(fā)動機的飛機才第一次上天，也沒有參加第二次世界大戰(zhàn);軸流式誕生在德國，并且作為第一種實用的噴氣式戰(zhàn)斗機Me-262的動力于1944年夏投入戰(zhàn)場。相比起離心式渦噴發(fā)動機，軸流式具有橫截面小，壓縮比高的優(yōu)點，當今的渦噴發(fā)動機大多為軸流式

　　相關概念

　　基本參數(shù)
推力重量比(Thrust to weight ratio)：代表發(fā)動機推力與發(fā)動機本身重量之比值，愈大者性能愈好。

　　壓氣機級數(shù)：代表壓縮機的壓縮葉片有幾級，通常級數(shù)愈大者壓縮比愈大。

　　渦輪級數(shù)：代表渦輪機的渦輪葉片有幾級。

　　壓縮比：進氣被壓縮機壓縮後的壓力，與壓縮前的壓力之比值，通常愈大者性能愈好。

　　海平面最大凈推力：發(fā)動機在海平面高度及條件，與外界空氣的速度差(空速)為零時，全速運轉所產生的推力，被使用的單位包括kN(千牛頓)、kg(公斤)、lb(磅)等。

　　單位推力小時耗油率：又稱比推力(specific thrust)，耗油率與推力之比，公制單位為kg/N-h，愈小者愈省油。

　　渦輪前溫度：燃燒後之高溫高壓氣流進入渦輪機之前的溫度，通常愈大者性能愈好。

　　燃氣出口溫度：廢氣離開渦輪機排出時的溫度。

　　平均故障時間：每具發(fā)動機發(fā)生兩次故障的間隔時間之總平均，愈長者愈不易故障，通常維護成本也愈低。

　　推進效率在馬赫數(shù) Ma<0.6 的速度下渦輪螺旋槳發(fā)動機效率最高。而當速度提高到馬赫數(shù) 0.6-0.9 時，螺旋槳/渦輪組合的優(yōu)越性在一定程度上被內外涵發(fā)動機、涵道風扇發(fā)動機和槳扇發(fā)動機所取代。這些發(fā)動機的排氣比純噴氣的渦輪噴氣發(fā)動機的排氣流量大而噴氣速度低，因而，其推進效率與渦輪螺旋槳發(fā)動機相當，超過了純噴氣發(fā)動機的推進效率。在亞音速(Ma<1.0)條件下，渦輪噴氣發(fā)動機的推進效率最低。當飛機飛行速度超過音速后(Ma>1.0)，渦扇發(fā)動機由于迎風面積過大從而推進效率開始降低;與此相反,渦輪噴氣發(fā)動機的推進效率則迅速提升,即使在馬赫數(shù) 2.5-3.0 范圍下,渦輪噴氣發(fā)動機的推進效率仍然可以達到 90%，正因為如此，與三代機普遍使用的涵道比為0.5-0.8的中等涵道比渦扇發(fā)動機相比，F(xiàn)-22使用的F-119渦扇發(fā)動機把涵道比降回到0.29，為的就是能夠實現(xiàn)(Ma1.4)的超音速巡航。每種發(fā)動機都有它們最佳使用的飛行包線(由速度x/高度y構成的xy坐標系)，并不是說渦扇發(fā)動機一定比渦噴發(fā)動機省油，而在超音速時，同樣開加力燃燒室的渦扇發(fā)動機比渦噴發(fā)動機耗油率還高。

　　工作原理

　　現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動機的結構由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，戰(zhàn)斗機的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦輪噴氣發(fā)動機仍屬于熱機的一種，就必須遵循熱機的做功原則：在高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。因此，從產生輸出能量的原理上講，噴氣式發(fā)動機和活塞式發(fā)動機是相同的，都需要有進氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段，不同的是，在活塞式發(fā)動機中這4個階段是分時依次進行的，但在噴氣發(fā)動機中則是連續(xù)進行的，氣體依次流經噴氣發(fā)動機的各個部分，就對應著活塞式發(fā)動機的四個工作位置。

　　空氣首先進入的是發(fā)動機的進氣道，當飛機飛行時，可以看作氣流以飛行速度流向發(fā)動機，由于飛機飛行的速度是變化的，而壓氣機適應的來流速度是有一定的范圍的，因而進氣道的功能就是通過可調管道，將來流調整為合適的速度。在超音速飛行時，在進氣道前和進氣道內氣流速度減至亞音速，此時氣流的滯止可使壓力升高十幾倍甚至幾十倍，大大超過壓氣機中的壓力提高倍數(shù)，因而產生了單靠速度沖壓，不需壓氣機的沖壓噴氣發(fā)動機。

　　進氣道后的壓氣機是專門用來提高氣流的壓力的，空氣流過壓氣機時，壓氣機工作葉片對氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高。在亞音速時，壓氣機是氣流增壓的主要部件。

　　從燃燒室流出的高溫高壓燃氣，流過同壓氣機裝在同一條軸上的渦輪。燃氣的部分內能在渦輪中膨脹轉化為機械能，帶動壓氣機旋轉，在渦輪噴氣發(fā)動機中，平衡狀態(tài)下氣流在渦輪中膨脹所做的功等于壓氣機壓縮空氣所消耗的功以及傳動附件克服摩擦所需的功。經過燃燒后，渦輪前的燃氣能量大大增加，因而在渦輪中的膨脹比遠大于壓氣機中的壓縮比，渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機進口高很多，發(fā)動機的推力就是這一部分燃氣的能量而來的。

　　從渦輪中流出的高溫高壓燃氣，在尾噴管中繼續(xù)膨脹，以高速沿發(fā)動機軸向從噴口向后排出。這一速度比氣流進入發(fā)動機的速度大得多，使發(fā)動機獲得了反作用的推力。

　　一般來講，當氣流從燃燒室出來時的溫度越高，輸入的能量就越大，發(fā)動機的推力也就越大。但是，由于渦輪材料等的限制，只能達到1650K左右，現(xiàn)代戰(zhàn)斗機有時需要短時間增加推力，就在渦輪后再加上一個加力燃燒室噴入燃油，讓未充分燃燒的燃氣與噴入的燃油混合再次燃燒，由于加力燃燒室內無旋轉部件，溫度可達2000K，可使發(fā)動機的推力增加至1.5倍左右。其缺點就是油耗急劇加大，同時過高的溫度也影響發(fā)動機的壽命，因此發(fā)動機開加力一般是有時限的，低空不過十幾秒，多用于起飛或戰(zhàn)斗時，在高空則可開較長的時間。