如今涡扇发动机技术已经很成熟,为何还有部分飞机使用螺旋桨发动机?
同样是螺旋桨飞机,但是内涵却大不一样。二战的螺旋桨飞机用的是活塞发动机,也叫作行星或者星形发动机,这种发动机类似于现代汽车的多缸式发动机,一般都有4个以上的活塞,多的可达8个左右,其原理和汽车发动机类似,不同的活塞有不同的行程节奏,带动螺旋桨叶旋转。
但是这种经典的发动机并不能产生更大的推力,在二战之后由于技术的发展已经进入极限,其能量转化率低的特点暴露无遗,如果继续使用,那么带动一架100多吨的运输机,恐怕发动机的个头得两三层楼那么大了,显然已经进入了边际效应区和死胡同。现代螺旋桨发动机则是一种叫做涡桨发动机的螺旋桨发动机。
现代涡桨发动机本质上也是一台燃气涡轮发动机,一般都是使用涡喷发动机改造,原本得涡喷发动机是利用燃烧室内得高温气体排出产生推力,而涡桨发动机不同,虽然都是涡轮发动机,但是他等于把燃烧室内产生得能量转化为了桨叶转动得能量,由于桨叶旋转得动力方式可以通过增加桨叶的长度或者改变设计来提高推力,因此飞机可以获得比涡轮本身产生的推力更大的推力。
涡桨发动机比涡喷发动机的低速性能更好,飞行更加平稳,全程也更加省油,有利于将军用飞机的航程半径提高,在那些不是很追求速度的飞机上,则可以保证飞机在低速状态下的平稳度,有利于以此发展反潜飞机、巡逻飞机、警戒飞机、预警飞机和轰炸机、运输机等机种,典型的例子就是俄罗斯的图95熊式轰炸机和我国的高新系列电子战机。

如今涡扇发动机技术已经很成熟,为何还有部分飞机使用螺旋桨发动机?
回答这个问题前,首先得纠正一下,现代飞机上使用的螺旋桨发动机可未必都是二战时期的那种活塞式发动机,而是涡桨发动机。涡桨发动机其核心机其实就是一台涡喷发动机,只不过不再是向后方喷口喷射高速高压高温气体来获取反作用的推力,而是通过驱动后部的涡轮叶片,将其转化成为旋转机械能输出,配合前端的减速齿轮来带动螺旋桨旋转,从而实现推力的产生。
涡桨发动机+螺旋桨这样的动力系统和涡扇发动机动力系统相比,各有各的特点和专长,都算是现代航空发动机,这一点和技术落后并没什么关系。
涡桨发动机+螺旋桨由于需要通过螺旋桨来产生推力,而螺旋桨的性能受到桨尖马赫数的限制,因此这种动力系统更适合于低速飞行;况且螺旋桨的推力产生机理是基于空气动力学,气动效率方面在同等推力条件下,涡桨发动机的燃油消耗要小于涡喷或涡扇发动机。
正因为如此,涡桨发动机+螺旋桨的动力系统在当今领域中,主要应用在三种机型上:
1、支线客机或者大载客量的通航客机,这是涡桨发动机在民用领域最为主流的应用机型,可以发挥涡桨发动机好维护、省油的特性,又可以满足动力需求,毕竟涡桨发动机的动力输出强度远高于活塞发动机。典型支线客机应用产品比如国产的新舟60;
通航类客机应用案例比如美国塞斯纳公司的208B“大篷车”飞机。
2、中型运输机;这是涡桨发动机在军用飞机领域的主流应用方式,一般都是集中在双发/四发的中型、轻型运输机上,比如C-130、安-24等机型。低速推力输出大,油耗相对更低,有利于提高运输机的航程。
3、大型远程轰炸机。
在轰炸机上的应用,涡桨发动机如今和涡扇发动机相比,并不占优势,但是在上个世纪五十年代,轰炸机应用涡桨发动机主要是为了降低油耗,延长航程。最经典的应用案例就是图-95轰炸机了。不过现在轰炸机基本上都是涡扇动力为主了。
——问题就回答到这里了——
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如今涡扇发动机技术已经很成熟,为何还有部分飞机使用螺旋桨发动机?
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当代航空工业发展和技术运用讲究“物实”、军民用运输机机体大小不同使用也不一样。
以军用运输机为例分战术运输机和战略运输机之分。战争虽然是典型的消耗一切资源的、战争经济学也必须考量一番。以当今飞机的动力分涡喷发动机、涡扇发动机以及涡桨发动机三大类。
涡轮螺旋桨发动机最经济。中短程运输机都采用此类发动机。涡轮螺旋桨发动机燃油消耗低、经济性强、对低速运输机更加实用。甚至于像欧盟联合研发的中远程运输机“M400”运输机也采用4 发涡桨式发动机作为动力最佳选项。
战术运输机大多数都是选择经济实惠的涡轮螺旋桨发动机。
典型的像:An2/运5轻型运输机、美国的“C130-大力士”运输机、安12/y12/运9运输机。欧洲的“M400”/俄罗斯/乌克兰的安70以及将来的中国“运30”运输机、不可比取替……
涡轮轴发动机为动力的运输机/民用客机将越来越受欢迎和推广。
如今涡扇发动机技术已经很成熟,为何还有部分飞机使用螺旋桨发动机?
再次纠正中国专家因无知而产生的错误叫法,这已经成为一个国家的悲哀,中国科技有很多牛头不对马嘴,还没有入门。比如,log分明是递数,硬是扭曲为对数。
一战以后,世界只有轴喷,没有涡喷。涡喷得有涡管、一种渐开式结构,如耳形。进一步,得有离心式压气机。无论专家多权威,敢叫涡喷都是外行人。
釆用什么类型发动机与使用效率有关,任何效率,脱离使用条件都是瞎扯淡。理论上,喷气速度与飞行速度越接近,使用效率越高。客机正常速度0.8马赫,并不适用于轴喷,更适合桨叶。
选用轴喷,主要出于结构简单,免维护时间也更长,加之噪音小一些。但效率略低。悲哀的是,囯内叫螺旋桨为涡浆。仍然不知道这个涡从何来。
如今涡扇发动机技术已经很成熟,为何还有部分飞机使用螺旋桨发动机?
现在螺旋桨大多由涡桨发动机驱动,用什么发动机要结合飞机的速度和需要的动力,在低速情况下螺旋桨推进效率最高,但是在高速中高速涡扇会好一些,如果要把飞机开到1马赫以上那就得选涡喷或者冲压发动机了。
同等条件下,飞机推进效率和参与推进的空气质量成正比。螺旋桨飞机可以让更多空气参与到推进过程中,涡扇次之,涡喷最小。但是,飞机一旦达到高速,螺旋桨推进横截面过大风阻更大反而影响了飞机推进效率。还有飞机一旦超音速,气体的很多参数造成的影响将会反转,比如在亚音速情况下流体速度和通道横截面积成反比,而超音速情况下确恰恰相反。
所以,并不是螺旋桨已经过时了,而是飞机需要一个什么动力或者什么杨的速度,才选什么样的推进方式。
如今涡扇发动机技术已经很成熟,为何还有部分飞机使用螺旋桨发动机?
现代航空动力主要是涡桨发动机和涡扇发动机,其次是活塞式螺旋桨发动机。
涡轮螺旋桨发动机和涡轮喷气发动机/涡轮风扇发动机使用相同的燃烧和发电概念:燃烧燃料使涡轮旋转。
喷气发动机的涡轮最大化加热空气由喷口部分产生向后的推力推动飞机前进。
涡轮螺旋桨发动机的高速涡轮带动齿轮组件,以较低的速度驱动大功率螺旋桨反作用于空气产生推力。
比起纯喷气发动机,涡轮螺旋桨发动机更受青睐的主要原因是涡轮螺旋桨发动机在比喷气发动机在更慢的飞行速度下提供更大的功率和更高的效率。
这就引出了一个问题,为什么飞机机身是为功能或目标设计的,因此具有特定的形状,然后决定了它的空气动力学(从而决定了最佳速度)。商用客机是为相对较轻的负载和大量的座位空间而设计的,对速度有一定的要求,但对燃油效率有明确的考虑。打算运载大截面货物的飞机不能以更快的速度飞行,因此涡轮螺旋桨发动机将更合适。
除了涡轮螺旋桨发动机的经济优势外,特别是对于较小的飞机和较短的航程,涡轮螺旋桨发动机比喷气式发动机噪音小,由于高温冶金,成本低于喷气发动机(材料成本和维护)和燃料消耗对有效载荷的环境化学影响最小。
相比之下,由往复式活塞驱动的飞机发动机在技术上更简单,购买成本更低,但噪音比涡轮发动机更大,效率也更低,尤其是随着飞机尺寸的增加,情况更严重。欧美通用航空的普通民用飞机使用活塞式螺旋桨发动机较多,既有一定的航速,也具备经济性。
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