沖壓發(fā)動機的優(yōu)點是結構簡單、重量輕,缺點是低速時不能啟動,故不能單獨使用。
沖壓發(fā)動機按其適用的速度范圍分,有亞音速、超音速和高超音速三種。亞音速沖壓發(fā)
動機采用擴張形進氣道和收斂形噴管,沖壓增壓比不超過1.89,熱效率低;超音速沖壓發(fā)動
機,采用多波系的超音速進氣道,飛行速度在M 數1~6 之間;高超音速沖壓發(fā)動機使用碳氫
燃料或液氫燃料,飛行M 數為5~16。
沖壓發(fā)動機的推力,隨飛行M 致的增加而迅速增加,耗油率則迅速降低。
六、火箭發(fā)動機
火箭發(fā)動機因自帶氧化劑,所以其耗油率極高,優(yōu)點是其推力不受飛行速度和高度的限
制。
§4.3 發(fā)動機的選擇
選擇發(fā)動機,是進行飛機總體方案設計的一個重要環(huán)節(jié),目的就是要選定一種能夠最有
效地滿足飛機設計要求的發(fā)動機。能否選到最合適的發(fā)動機,對飛機的設計和研制工作具有
全局性的重大影響,所以必須重視。
本章第一節(jié)中,從飛機設計的角度出發(fā),簡要介紹了對發(fā)動機的基本要求,可供選擇發(fā)
動機時參考。但是,應該看到,由于飛機的類型、用途和性能指標各不相同,對發(fā)動機的要
求差別很大,選擇發(fā)動機時所要考慮的側重點也很不相同。這也就是說,只有根據飛機的具
體設計要求,才能討論選擇發(fā)動機的問題。其次,在選擇發(fā)動機時,還必須考慮到實際的技
術、經濟等方面的客觀條件。
在飛機總體方案設計的初始階段,第一步是要根據在給定的飛機設計要求中所規(guī)定的飛
行速度和飛行高度,確定發(fā)動機的基本類型。
各類發(fā)動機的適用范圍如圖4.14 所示。
圖4.14 各類發(fā)動機的適用范圍
各類發(fā)動機的推力和耗油率特性分別示于圖4.15 和圖4.16。
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圖4.15 各類發(fā)動機推力速度特性曲線 圖4.16 各類發(fā)動機耗油率速度特性曲線
雖然通常根據飛機的設計要求和以上對各類發(fā)動機的基本特性和適用范圍所做的分析,
可以初步選擇發(fā)動機的類型。但這時的選擇往往是很粗略的,而且有時很艱做出明確的選擇。
例如,當前適用于直升機的有活塞式發(fā)動機和渦輪軸式發(fā)動機兩大類,對于需用功率較大的
直升機,顯然可以肯定,只能選用先進的渦輪軸發(fā)動機,但是對于小型直升機,就很難說選
哪一種發(fā)動機好了。這是因為,有時兩種發(fā)動機性能比較相近,各有優(yōu)缺點,究竟選用哪一
種好,就需要結合具體飛機的設計要求,做進一步的深入分析對比,才能正確地決定。
在飛機總體方案設計階段,可能遇到的難于決定而需要進一步深入對比分析的情況主要
有以下幾種。
一、活塞式發(fā)動機與渦輪螺旋槳發(fā)動機
這兩種發(fā)動機都具有低速特性良好和耗油率低的共同特點,只是渦輪螺旋槳發(fā)動機適用
的速度更高一些。此外應考慮到當前大功率的活塞式發(fā)動機已很少見,因此,對于一些輕小
型飛機,包括一些農業(yè)飛機、體育運動飛機、空中攝影飛機、家用飛機(Homebuilt Aircraft)、
小型無人駕駛飛機(RPV)等,對飛行速度和飛行高度要求不高,特別強調輕便靈活、操縱使
用方便,顯然選用活塞式發(fā)動機最好。而對于一些需用功率較大、速度高度要求稍高的民用
飛機,則可能選用渦輪螺旋槳發(fā)動機更好一些。當飛行速度進一步提高,飛行M 數大于0.5
以后,則只能選用渦輪螺旋槳發(fā)動機,對活塞式發(fā)動機就不必再考慮了。
二、渦輪螺旋槳發(fā)動機與高涵道比的渦輪風扇發(fā)動機
這兩種發(fā)動機在一定的飛行高度和飛行速度范圍內,耗油率均比較低,使用經濟性較好。
因此,均可用于突出強調使用經濟性的中、大型旅客機和運輸機,只是相比之下,渦輪螺旋
槳發(fā)動能適用的速度要低一些。
由于渦輪螺旋槳發(fā)動機發(fā)展得較早一些,所以50 年代以后,許多大型的旅客機和運輸機
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都使用了這種發(fā)動機。后來出現(xiàn)了渦輪風扇發(fā)動機,雖然其耗油率高一些,但由于能使飛機
的飛行速度進一步提高,所以很快地逐步代替了渦掄螺旋槳發(fā)動機,得到了廣泛的應用。至
今,飛行M 數為0.8~0.85 左右的高亞音速飛機,大多數仍選用適當涵道比的渦輪風扇發(fā)動
機。
簡單地說,普通渦輪螺旋槳發(fā)動機的優(yōu)點是耗油率比較低,缺點是隨飛行速度的提高,
螺旋槳的效率降低很快,因此產生了新的
螺旋槳風扇發(fā)動機方案。這種所謂的槳扇
發(fā)動機,保留了渦輪螺旋槳發(fā)動機耗油率
低的優(yōu)點,同時又擴大了其飛行速度范圍。
渦輪風扇發(fā)動機適用的速度較高,缺點是
耗油率高一些,其特性與涵道比的高低有
直接的關系。正在研制和發(fā)展的超高涵道
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