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全球顶尖航空发动机排名前十(全球十大最经典喷气发动机)

百科 我是小电工 2023-03-16 15:32 0 11121

  1、德国:容克尤莫004B(被誉为全球“涡轮及喷气发动机王子”)

  全球顶尖航空发动机排名前十(全球十大最经典喷气发动机)  第1张

  发动机概述:德国容克尤莫004B曾经被称作“涡喷王子”。它是全球第一款量产涡喷发动机,1944年开始批量生产,二战中产量超过5000台。主要装备Me 262和Arado Ar 234。值得一提的是,德国人在004B上使用了不少创新技术,比如空心涡轮叶片和辅助燃油喷射,德国人甚至准备采用加力燃烧系统。004B自重约1600磅,推力1980磅。换算一下推重比,大约是1.2左右。这就是喷气时代的发端。

  精评:JUMO004发动机是世界上最早投入使用的喷气发动机,也是最早使用的轴流式发动机。二战著名的me-262战斗机所使用的就是JUMO004发动机。值得一提的是,1936年当英国从事离心式发动机研制的时候,德国的junkers公司已经开始了轴流式发动机研制工作。1939年,德国帝国航空部(RLM)批准junkers发展一个喷气发动机的生产合同。

  值得注意的是,JUMO004发动机是一个妥协的设计,牺牲了许多性能,主要是由于在战争后期德国短缺原料。尽管克服了许多困难,但由于缺乏微量金属元素,发动机的可用性仍然很差。运行寿命在25和150小时之间,单机推力为8.3千牛。尽管如此JUMO004还是受到了德国空军的高度重视,并决定将其批量生产。在整个战争期间一共生产了5000余台JUMO004发动机,用以装备ME-262战斗机,AR-234轰炸机,GO-229飞翼机等。二战结束后美国获得了JUMO004发动机的大量资料并继续研究。美国战后第一代战斗机所使用的J47发动机就是以JUMO004为蓝本设计的。

  2、美国:通用电气I-40/J-33(第一种利用喷射水和酒精提升动力的量产喷气发动机)

  发动机概述:P-80“流星”战斗机使用的离心式涡喷发动机,是I-16/J-31的改进型。I-40/J-33开始大量使用特种合金材料。燃烧室使用铬镍铁合金(Inconel)、涡轮喷口使用铬钴钨硬质合金(Stellite),涡轮盘采用镍基高温合金(Hastelloy B)。自重1850磅,推力4000磅,通过喷水和酒精可以进一步提升到5400磅,推重比接近3。I-40是第一种利用喷射水和酒精提升动力的量产喷气发动机。

  精评:美国自从进入了喷气式动力的新纪元后,GE抓住时机再接再厉,在I-A型发动机基础上发展了J-33、J-35等型号的发动机,彻底在喷气式航空发动机领域站稳了脚跟,并快速发展,美国现如今已成为民用航空发动机领域的No.1。值得一提的是,航空发动机具有研发成本高(10-30亿美元)、研发周期长(10-15年)、技术复杂性高等特点,被称为“现代工业皇冠上的明珠”。正是因为航空发动机具有以上特点,使得该行业门槛极高,市场占有率高度集中,尤其是民用航空发动机,全球民用航空发动机市场基本上被美国通用电气(GE)、英国罗尔斯·罗伊斯(R·R)和美国普拉特·惠特尼(PW)三巨头瓜分。

  3、英国:罗罗“达特”涡轮螺旋桨发动机(世界上首款投入运营的商用客机的动力系统)

  全球顶尖航空发动机排名前十(全球十大最经典喷气发动机)  第2张

  发动机概述:涡轮喷气发动机的涡轮动力更多地被用于驱动加速器进而带动螺旋桨,而不是用于产生强大的反冲动力,这样的发动机就是涡轮螺旋桨发动机。1946年出现的罗罗RB.53“达特”(Dart)是涡轮螺旋桨发动机的早期杰作。它是维克斯“子爵”——世界上首款投入运营的商用客机的动力系统。“达特”从上世纪40年代末一直生产到1987年,算是相当高寿的涡轮螺旋桨发动机

  精评:罗罗“达特”涡轮螺旋桨发动机达特民用涡桨发动机 类 型 涡轮螺旋桨发动机。其装机对象:荷兰福克公司双发F.27B和F.27J,英国航宇公司的双发HS.748/2A运输机、4发“子爵” 运输机、英国空军4发“大商船”运输机、日本的双发YS-11运输机。值得一提的是,二战后,英国罗罗公司推出了两款涡桨发动机达特(Dart)和苔茵(Tyne),它大大缩短了大洲之间旅行的时间。尤其是到60年代后,罗罗公司先后兼并了布里斯托尔公司、布莱克本公司和纳皮尔公司,成为英国最大的航空发动机公司,至此迈上了成为航空发动机三巨头之一的道路。

  4、美国普惠J-57(全球第一种采用双转子设计的轴流式喷气发动机)

  全球顶尖航空发动机排名前十(全球十大最经典喷气发动机)  第3张

  发动机概述:1953年在JT-3(JT-3是波音707和道格拉斯DC-8的动力)基础上发展的J-57是世界上第一种采用双转子设计的轴流式喷气发动机,具有相当好的加速性能。J-57也是世界第一款推力超过10000磅的发动机。JT-3的压气机和涡轮都分为低压段和高压段,彼此通过两根相互嵌套的长轴连接,实现低压段和高压段的两种转速。这一创新显著改善了发动机的性能。

  精评:通用研制出的轴流式涡喷发动机J57,用于F-100、F-101和F-102等飞机。当J57 民用型在波音的B-52飞机得到成功飞行时,标志了美国民航进入了喷气时代。通用后来研制了J58,其改进型11D用于美国的高空战略侦察机SR-71。1960年以后,普惠公司研制了一系列发动机。如JT3D、JT8D、JT9D 和TF30分别用于B707、DC-8、DC-9、B747、B767和A300民用飞机以及F-111和F-14战斗机上,性能先进的F100发动机则装在F-15和F-16战斗机上。

  5、美国通用电气J79(全球第一台可用于两倍声速飞行的航空发动机)

  全球顶尖航空发动机排名前十(全球十大最经典喷气发动机)  第4张

  发动机概述:发动机要适应各种工作环境,其内部流畅环境如能做到调整最为理想。1955年推出的通用电气J79率先采用了可调定子设计,通过调整进气导流片的角度,让发动机在更宽的环境中保持良好工作状况。J79为单轴设计,采用17级压气机和3级涡轮。重3850磅,推力11905磅,加力推力17835磅,推重比4.6。

  精评:J79涡喷发动机曾配装麦道(现属于波音公司)F-4“鬼怪”Ⅱ战斗机,被REL公司用作其高温气流试验台(在美国科罗拉多州前山机场附近,编号TF2)的核心设备。值得一提的是,J79提供的1000℃高温燃气经过与加热空气混合后用于模拟产生相当于马赫数5飞行环境下的进气条件。该试验台将验证HTX样机的可操作性和性能。HTX是“佩刀”(SABRE)发动机的核心部件,能够在0.05秒时间内将高速(高总温)来流冷却到零下150摄氏度。

  值得一提的是,美国J79发动机最先采用了可调静子叶片技术,一经问世,美国空、海军战斗机、超声速轰炸机及导弹都打算用它作动力装置。第一批生产出几百台,仅几个月的时间,J79便打破了5项高度和速度世界纪录。1955~1982年间,美国和购买专利生产的国家一共制造了19000台J79,价值超过40亿美元。该机直到1985年仍在生产,它享有发动机制造史上最可靠的军用喷气发动机的荣誉。

  6、英国:罗罗 “康威”涡轮风扇发动机(世界上第一种量产涡轮风扇发动机)

  全球顶尖航空发动机排名前十(全球十大最经典喷气发动机)  第5张

  发动机概述:在喷气发动机研究中,人们发现涡喷发动机如果在压气机前端开环缝,让一部分空气从热端外侧流过,发动机经济性反而提升。这就是最初的涡轮风扇概念的萌发。20世纪60年代投入使用的罗罗“康威”发动机成为世界上第一种量产涡轮风扇发动机。它采用双转子设计,配备16级压气机和3级涡轮,重量4544磅,推力17500磅,成为一款经济性非常优越的动力系统。

  精评:罗罗为人类航空史做出了非常大的贡献,尤其是它开发了世界上第一种投入实用涡轮风扇发动机——RB.80“康威”。英国罗罗康威在开发过程中,最初计划是给“勇士”Mk.2轰炸机配套,1950年1月,罗罗完成了康威RCo.2的设计,。

  罗罗康威开花结果是在北美的民航市场。1960年,加拿大TCA航空公司提出购买装备“康威”的波音707或道格拉斯DC-8,装备康威的波音707- 420让民航从此进入到涡扇时代。值得一提的是,“康威”版707和DC-8总产量十分有限,当时总共只有69架。

  7、英国:罗罗RB211三转子涡轮风扇发动机(RB211是第一款三转子涡轮发动机)

  全球顶尖航空发动机排名前十(全球十大最经典喷气发动机)  第6张

  发动机概述:在双转子涡扇发动机盛行的时代,英国人试图继续实现转子系统的速度多样性。在两级套轴的基础上试图再增加一根套轴,实现三转子系统。这就是RB211发动机的独门秘笈。但是挑战这项绝活当时烧掉了1.7亿英镑,几乎让罗罗破产。英国政府在关键时刻接盘罗罗,实行国有化,最终让罗罗完成了RB211。RB211以59000磅的推力,成为大型商用飞机动力典范。RB211及其三转子技术衍生出的“遄达”系列航空发动机,奠定了罗罗此后半世纪的江山。

  精评:RB211是罗尔斯罗伊斯股份有限公司生产的,推力介于37400-60600磅(166-270千牛)之间的高涵道比涡轮风扇发动机家族。最初发展的目的是做为洛克希德公司的L-1011(三星式客机)的动力装置,从1972年开始随着三星飞机的投入使用而开始服务,并且是该型飞机唯一的动力来源。值得一提的是,研究RB211所花去的巨额资金使得罗尔斯罗伊斯有限公司于1971年破产,而之后被英国政府国有化才使得公司能够生存下来。RB211是第一款三转子涡轮发动机,这也使得罗尔斯罗伊斯在航空器发动机领域才能够由一个小玩家变成世界级的竞争者。

  8、美国普惠F100(世界上最早投入使用的推重比达8一级军用发动机)

  全球顶尖航空发动机排名前十(全球十大最经典喷气发动机)  第7张

  发动机概述:20世纪70年代研制完成的普惠F100双转子涡扇发动机是首次把推重比提升到接近8的军用发动机。它采用13级压气机和4级涡轮,双转子设计。F100不仅体现在推重比的阶跃上,更体现在漫长艰辛的研制完善过程。从研制到成熟,几乎用了30年时间。充分体现了现代先进航空发动机研制的高难挑战。

  精评:F100涡轮风扇发动机是美国研发的第四代航空发动机,1968年美国空、海军空中优势战斗机计划要求大幅度提高发动机推重比和改善进气道与发动机的匹配性,同时,美国国防部作出了采用同一个核心机发展两种发动机的决定。F100发动机用于研制的费用为4.75亿,用于部件改进的计划费用约6.66亿。这样,该发动机从开始研制到1984年15年内总计花费11亿美元。

  F100发动机是世界上最早投入使用的推重比达8一级军用发动机。在发动机参数选择中注重提高发动机性能,采用"两高一低"策略,即增压比高、涡轮前温度高和涵道比低。在材料上采用了高强度重量比、耐高温的合金。F100也是首次使用单元体结构的战斗机发动机,它由5个单元体组成,各单元体都可更换。

  F100-PW-100发动机在使用中出现了许多可靠性、耐久性和维修性方面的问题,曾一度使美国前线战斗机处于停飞的危险中。为此,普惠公司投入大量改进改型资金,采取一系列措施,发展出了F100-PW-220发动机,基本解决了F100-PW-100存在的问题,可靠性、耐久性和维修性得到很大改善。在与通用电气公司F110发动机争夺装备F-15和F-16的"战斗机发动机大战"中,开始时处于不利地位,经改进后这两种发动机各有千秋。为与通用电气公司性能改进型F110-GE-129竞争,普惠公司也在F100-PW-220的基础上研制了性能改进型F100-PW-229。

  9、美国:普惠F119涡轮风扇发动机(美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机)

  全球顶尖航空发动机排名前十(全球十大最经典喷气发动机)  第8张

  发动机概述:首款推重比实现9一级的涡轮风扇发动机。F119是美国长期航空动力预研投入的结晶。采用双轴设计,9级压气机和两级对转涡轮。重量3900磅,推力35000磅。F-22的超音速巡航能力,几乎全要依赖它。

  精评:F119涡轮风扇发动机是双转子小涵道比加力涡扇发动机,是采用可上下偏转的二维矢量喷管、偏转角度达20度且推力和矢量由数字电子系统控制的一种发动机。F-22的超音速巡航能力,几乎全要依赖它。F119发动机采取了将XF119的风扇直径稍作增加以提高15%的风扇空气流量,来满足推力增大的要求.为此发动机的涵道比由0.25增至0.30。值得一提的是,XF119在进入EMD阶段前总共完成了3000余小时的整机试车,到1998年6月共进行了 8 000余小时整机试车。

  值得一提的是,美国F119发动机的推重比达到11.7,美国专门为F119研制了Alloy C型钛合金,它是由50%钛,35%钒,15%铬组成的高温阻燃合金材料,Alloy C型钛合金在激光器点燃试验中,燃点比传统钛合金高出了500度

  10、美国:普惠PW1000G齿轮传动风扇发动机(全球首创静洁动力齿轮传动风扇发动机)

  全球顶尖航空发动机排名前十(全球十大最经典喷气发动机)  第9张

  发动机概述:转子系统的多速度系是提升发动机经济性的好办法。通过研究,人们发现迫切需要调整速度的是商用发动机的大风扇——目前它的转速偏大,实际上需要更低。传统的用中央纵轴直连驱动的办法没法减速,因为后面的压气机不能减速。普惠提出了用行星齿轮系驱动风扇的新办法,由此产生PW1000G系列齿轮传动涡扇发动机。这样就实现了风扇、低压压气机/低压涡轮、高压压气机/高压涡轮三种转速,提升了发动机的经济性。

  精评:PW1000G的验证机已完成了406小时的地面台架试车,120小时的空中试车(在普惠的B747SP飞行台上进行了12次45小时试车,在空客的 A340 600飞行台上进行了27次75小时试车)。这些成功的验证飞行,无疑降低了这种发动机进入商业运营的风险。

  PW1000G已有4个系列,PW1200G用于日本的MRJ客机,推力最小,为67~76kN;PW1500G用于巴西的 C系列客机,推力为93~104kN;PW1100GJM用于空客的 A320neo,PW1400G用于俄罗斯的MS2,后两系列的推力相同,为110~150kN。值得一提的是,在PW1000G研制中,除保证发动机有好的性能、可靠性与耐久性外,也注重了发动机的维修性设计。

  由于PW1000G采用了突破传统构型的独特的传动风扇的减速器以及先进的 TALON燃烧室,使得发动机具有:油耗低(低12%左右),噪声低(比第4阶段要求低20dB),排放低(CO2排放每架飞机每年可减少3000t,NOX排放减少50%),维修成本低(叶片数少410%)等特点,能够适应新世纪航空业对新技术、低消耗、低排放的需求。


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