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新一代發(fā)動機1.5萬米高空推力超17噸了?

2022-03-26 08:39 作者:瀚海狼山  | 我要投稿



據(jù)說最新一代的關(guān)鍵軍用大推,在1.5萬米高空的測試中,最大推力達(dá)到了17噸級!有人說了,17噸級有什么值得大驚小怪的?全球最大推力的GE90,最大推力還到56噸呢。當(dāng)然那是大直徑渦扇,和軍用大推有所區(qū)別;如果單純說軍用大推,那么F119的極限推力有18.8噸;而F135現(xiàn)在的最大推力也有18噸以上,馬上就會出20噸推力的新版本,因此可以認(rèn)為17噸推力仍然是落后于超級大國的現(xiàn)有成熟的軍用大推2大型號!實際上這個看法,忽略了一個基本的事實。這就是新一代大推的17噸級推力,是在1.5萬米的高空實際測試中得到的結(jié)果。而所有噴氣式航空發(fā)動機,在低海拔的推力指標(biāo)和高海拔以及超高海拔的最大推力指標(biāo)是大相徑庭的。比如曾經(jīng)創(chuàng)造過單機推力世界紀(jì)錄的GE90,其56噸的最大推力。其實是在接近海平面的試驗臺架上,


進行極限性能測試期間得出的最大推力值。而在實際裝機以后的使用實踐中,大部分狀態(tài)下的發(fā)動機出力,是明顯小于56噸級的這個最大極限的。幾乎所有的渦輪噴氣發(fā)動機,包括渦扇也包括渦噴,其在接近海平面高度的最大推力指標(biāo),明顯大于在萬米高空飛行期間的最大推力指標(biāo)。這是因為地球下層大氣的密度差異巨大;越接近海平面,空氣的密度越大。而在發(fā)動機的風(fēng)扇和渦輪最大轉(zhuǎn)速極限下,不論海拔高度,單位時間通過飛機發(fā)動機各個涵道的總空氣流量是大致相同的。而根據(jù)牛頓定律,飛機噴氣發(fā)動機向后噴出的空氣流速越快,流量越大,也就是往后噴出的空氣也包括燃燒后的廢氣的總重量越大,那么獲得的反推力自然也就越大。而在1萬米高空,空氣的平均密度只有不到海平面的40%,到1.5萬米高空,


空氣密度甚至不到海平面的30%。因此如果最大噴氣速度和空氣總流量和體積不變。那么從純理論上來說,同一臺噴氣發(fā)動機在1萬米的最大推力,只有在海平面的40%,到1.5萬米甚至不到海平面最大推力的30%。也就是說,臺架試驗中最大推力56噸的GE90,在萬米高空的實際理論推力可能只有22.4噸。當(dāng)然對當(dāng)今的航空發(fā)動機來說,真實的高空推力情況,不單純只受到外界空氣密度變化的影響,實際情況要比單純的理論公式復(fù)雜得多。比如最大推力指標(biāo),還與實際飛行速度和渦輪機的密封情況有關(guān)。當(dāng)一架飛機或者吸氣式的導(dǎo)彈,飛行高度超過1萬米,飛行速度超過2.5馬赫的時候,就會出現(xiàn)沖壓燃燒現(xiàn)象。此時不論發(fā)動機中的風(fēng)扇還是渦輪,都不再起到正面增壓增推的作用,反倒成為進一步提高發(fā)動機推力和飛行速度的累贅。


也就是說,此時發(fā)動機會出現(xiàn)持續(xù)沖壓燃燒,推力會越來越大,速度越來越快,直到渦輪本身被完全燒穿后飛散?;蛘哒f此時整個系統(tǒng)內(nèi)部沒有任何風(fēng)扇或者渦輪最好。只需要發(fā)動機前頭進氣,后端噴氣,中間只存在一個直筒,并且不斷的往這個高速下的直筒內(nèi)部噴入航空燃料和高速氣流混合后即可猛烈燃燒。這種完全直筒式的沖壓燃燒噴氣模式,可以讓飛行物最低速度高于5馬赫,而最高速度可以接近15馬赫。反過來也可以說,任何內(nèi)部有渦輪和壓縮風(fēng)扇的噴氣發(fā)動機,想超過5馬赫都很困難。這是一個非常奇怪的工程悖論。不過所有噴氣發(fā)動機在高海拔推力會急劇下降,則是普遍現(xiàn)象。比如典型的如F414發(fā)動機,在低空最大加力推力可以接近11噸。但是到萬米高空,其最大加力推力會急劇下降到4.5噸以下,



這也造成幾乎所有安裝F414發(fā)動機的機型,比如F18EF戰(zhàn)斗機,其高空高速性能普遍很差。還有F35上安裝的單臺F135發(fā)動機,因為采用很大的涵道比,其低空最大推力可以超過18噸,非常驚人;進一步升級后甚至超過20噸。但是因為風(fēng)扇直徑過大迎風(fēng)阻力也大,其高空推力也會嚴(yán)重下降,想到8噸都難;這也是F35系列幾乎沒有高空超音速性能的一大原因。而F22A采用F119發(fā)動機,因為涵道比較小,其高空最大推力相對于海平面推力下降的就沒有那么明顯,其最大萬米高空加力推力極有可能仍然在12噸級以上。因此F22A的高空超巡能力相當(dāng)不錯。實際上要徹底解決高空高速下噴氣發(fā)動機推力大幅下降的問題,實現(xiàn)高空超巡等極限性能追求。即使F119的潛力也已經(jīng)被挖掘殆盡,只有更先進的自然變循環(huán)發(fā)動機才能徹底解決問題。比如F120發(fā)動機作為第一代變循環(huán),



其最大海平面推力只有13.5噸,但是到1.5萬的高空,其最大加力推力仍然有12噸!對比海平面推力僅僅下降了1.5噸。正是因為F120發(fā)動機在高空高速下推力仍然強勁,因此可以讓YF23戰(zhàn)斗機飛出1.8馬赫以上的驚人超巡性能。而現(xiàn)在某全新一代的軍用大推,可以在1.5萬米仍然有17噸級的試驗推力,那么已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了F120當(dāng)年的水平,也暗示這種發(fā)動機明顯是屬于自然變循環(huán)的第5代超級大推。應(yīng)該是為6代機配套的御用發(fā)動機,已經(jīng)完成了階段性技術(shù)突破。按照常規(guī)的計算公式。其在1.5萬米時的17噸級的最大推力,相當(dāng)于海平面最大推力超過了22噸級!而6代機的主力發(fā)動機就是要求臺架推力在22噸到25噸級即可達(dá)標(biāo)。配套發(fā)動機的測試成功,也意味著6代機的首飛將在24個月內(nèi)變成現(xiàn)實。在主力5代機已經(jīng)公開前出戰(zhàn)斗值班的情況下,自然意味著更強的下一代已箭在弦上!


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