当今世界上推力最大的涡轮喷气引擎涡轮喷气发动机原理

时间：2018-09-23 17:07:29　来源：小苹果范文网本文已影响人

　　今天小编为你解答世界上推力最大的涡轮喷气引擎

　　单论推力，一台顶近5台三姨夫，4台F-119

　　GE90发动机是由通用电气公司下属的GEAE“通用电气航空发动机公司”研制的的高涵道比商用超大推力涡扇发动机。GE90-115B这一型号的发动机是吉尼斯世界纪录所记载的世界上推力最大的航空发动机，地面台架试验中曾经达到过56.9吨的最大推力。GE90在1995年11月正式投放商业市场，目前用于波音777系列客机。 GE90首次发表于1995年11月，搭载于英国航空所新订购的波音777飞机。GE90目前仅有波音777使用，在777-200、-200ER及-300是选配引擎之一(另可选用劳斯莱斯的Trent 800或普惠的PW4000)，但在777-200LR及-300ER则是唯一可用的引擎。GE90-115B发表于2004年5月。 GE90发动机以及后续衍生出的GENX发动机都是美国一系列民用涵道比涡扇发动机预研工程的技术结晶。GE90采用突破性的单级大直径宽弦复合材料风扇叶片而不是大涵道比涡扇发动机所采用的传统钛合金风扇叶片，大大减轻了风扇组件的重量。该风扇采用低叶尖速度、弹性变形吸收冲击能量并重新分布、叶根在榫槽中偏摆减缓冲击和局部包裹钛合金的办法成功地保证了风扇叶片的抗外物打击性能;采用涂覆聚氨酯抗腐蚀涂层和使用特殊丝线缝合复材脱层部位等方式提高了风扇叶片的抗腐蚀性能。

　　GE90的最大特征就是有极大的进气口(3.43米)以及弯曲的进气叶片，其材质为实心复合材料，不同于以往的发动机使用钛合金实心叶片。弯曲的设计是源自于NASA于1990年代所进行UEET(Ultra Efficient Engine Techonology)的研究成果，用意在于降低噪音及提升效能。据说，一具GE90可以在一分钟之内，抽去相当于麦迪逊广场花园大小建筑物的空气。

　　不过，由于GE90的直径，比波音737的机身直径(3.4米)更大，普通的波音747货机货舱门，根本无法让一整台发动机进入机舱，因而需要使用特制的超大型运输机(如安东诺夫安-124)运输(拆去风扇的GE90例外)。

　　如果一架波音777因为发动机故障而需要紧急转飞，而转飞的机场欠缺GE90的后备零件，那就需要等候超大型运输机把备用的发动机送过来，然后由同样的飞机将故障的发动机送回适当的地点进行维修。2005年12月17日，一架法国航空的波音777-200ER从首尔飞往巴黎途中，其中一具GE90-94B发生故障，因而需要在西伯利亚的伊尔库斯克紧急降落。一架安-124运输机将一台备用发动机送去伊尔库斯克进行更换。发动机故障的原因，至今仍在调查之中。为减低类似事件的风险，GE90发动机需要更严格的防护性维修要求，因而使维修成本上升。美国纽约的现代艺术博物馆有展出一块GE90-115B的风扇叶片。

　　GE90的十级高压压气机具有23的压比，结构强度和气动载荷设计与GE公司与法国合作研制的CFM56发动机比较相似。由于GE90推力要求相当高，因而选取了流量和尺寸很大的核心机，该机高压压气机叶片长度明显大于其他大涵道比涡扇发动机。GE90采用了GE公司独特的双环腔低污染燃烧室设计而且应用了以往在涡轮叶片上采用的气膜冷却手段。这样的设计有效降低了氮化物的排放并且提高了发动机性能和耐久性。GE90采用两级高压涡轮和多达六级低压涡轮，热负荷较低因而寿命较长。

　　涡轮喷气发动机应用喷气推进避免了火箭和冲压喷气发动机固有的弱点。因为采用了涡轮驱动的压气机，所以在低速时发动机也有足够的压力来产生强大的推力。涡轮喷气发动机按照“工作循环”工作。它从大气中吸进空气，经压缩和加热这一过程之后，得到能量和动量的空气以高达2000英尺/秒(610米/秒)或者大约1400英里/小时(2253公里/小时)的速度从推进喷管中排出。在高速喷气流喷出发动机时，同时带动压气机和涡轮继续旋转，维持“工作循环”。涡轮发动机的机械布局比较简单，因为它只包含两个主要旋转部分，即压气机和涡轮，还有一个或者若干个燃烧室。然而，并非这种发动机的所有方面都具有这种简单性，因为热力和气动力问题是比较复杂的。这些问题是由燃烧室和涡轮的高工作温度、通过压气机和涡轮叶片而不断变化着的气流、以及排出燃气并形成推进喷气流的排气系统的设计工作造成的。发动机的推进效率在很大程度上取决于它的飞行速度。当飞机速度低于大约450英里/小时(724公里/小时)时，纯喷气发动机的效率低于螺旋桨型发动机的效率，由于螺旋桨的高叶尖速度造成的气流扰动，在350英里/小时(563公里/小时)以上时螺旋桨效率迅速降低。因而，纯涡轮喷气发动机最适合较高的飞行速度。这些特性使得一些中等速度飞行的飞机不用纯涡轮喷气装置而采用螺旋桨和燃气涡轮发动机的组合 -- 涡轮螺旋桨式发动机。

　　在马赫数 Ma<0.6 的速度下涡轮螺旋桨发动机效率最高。而当速度提高到马赫数 0.6-0.9 时，螺旋桨/涡轮组合的优越性在一定程度上被内外涵发动机、涵道风扇发动机和桨扇发动机所取代。这些发动机的排气比纯喷气的涡轮喷气发动机的排气流量大而喷气速度低，因而，其推进效率与涡轮螺旋桨发动机相当，超过了纯喷气发动机的推进效率。在亚音速(Ma<1.0)条件下,涡轮喷气发动机的推进效率最低。当飞机飞行速度超过音速后(Ma>1.0),涡扇发动机由于迎风面积过大从而推进效率开始降低;与此相反,涡轮喷气发动机的推进效率则迅速提升,即使在马赫数 2.5-3.0 范围下,涡轮喷气发动机的推进效率仍然可以达到 90%,正因为如此，与三代机普遍使用的涵道比为0.5-0.8的中等涵道比涡扇发动机相比,F-22使用的F-119涡扇发动机把涵道比降回到0.29，为的就是能够实现(Ma1.4)的超音速巡航。每种发动机都有它们最佳使用的飞行包线-(由速度x/高度y构成的xy坐标系)，并不是说涡扇发动机一定比涡喷发动机省油，在超音速时，同样开加力燃烧室的涡扇发动机比涡喷发动机耗油率还高。

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