方方的航空小筑 10月03日
运20B新发动机:推力与油耗的平衡之道
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央视首次公开报道了运20B飞机及其搭载的新型发动机。文章深入浅出地解释了为何新发动机能提供更大的地面推力,这主要归功于其大涵道比设计,使得风扇在低速时能产生更高推力,同时提高巡航时的燃油经济性。文章还探讨了为何早期型号未能采用大涵道比设计,指出这与材料科学和制造工艺的限制有关,并强调了宽弦叶片等先进技术的出现是材料和工艺进步的体现。最后,文章提醒读者在评价发动机性能时,不应仅仅关注参数,而要结合实际应用场景进行综合考量。

🚀 **大涵道比发动机的推力与效率优势**:新发动机之所以能提供更大的地面推力,得益于其大涵道比设计。其一级压气机(前风扇)类似于一个大直径的螺旋桨,在低速和中速范围内,风扇提供的推力占总推力的比例很高。这不仅增加了地面推力,还显著提高了发动机在巡航时的燃油效率,符合飞机对动力和经济性的双重需求。

💡 **技术进步推动大涵道比应用**:早期飞机设计未能采用大涵道比发动机,主要是受限于当时的材料科学和制造工艺。叶片高速旋转产生的离心力、叶根应力以及窄弦叶片的强度限制都对涵道比构成了挑战。而如今,宽弦叶片、先进材料(如碳纤维复合材料)以及精密的制造工艺的出现,克服了这些技术瓶颈,使得制造更大、更高效的大涵道比发动机成为可能。

⚖️ **综合评估而非唯参数论**:文章强调,评价一款发动机的优劣不应仅凭单一参数。虽然对标国际一流发动机的先进技术是发展方向,但更重要的是结合飞机的实际任务需求和运行环境进行综合考量。新发动机的出现是基础工业全面进步的体现,预示着未来航空动力技术将有更快的迭代和发展。

原创 航空小筑 2025-10-03 10:51 广东

        央视终于公开报道运20B了。该说的,能说的,之前其实都说过了。就着专家的解说,再补充两句。

        1,为什么地面推力会大一些?

        本质上来说,大涵道比涡扇的一级压气机(前风扇)也就是个涵道螺旋桨。而按照简化后(静态)的螺旋桨拉力公式,桨盘直径的2/3次幂与拉力成正比。所以采用更大直径风扇的新发动机推力会大一些,很大部分增量就来自于风扇的推力。

        按照功率公式P=FV来说,给定功率前提下,速度越小推力越大。大涵道比发动机静推力以及中小速度范围内,风扇提供的推力在总推力占比中较高。而相对核心机来说,本质上是个大螺旋桨的风扇显然耗油率更低。这就是为什么地面推力更大、巡航更省油的原因。

       题外话:同样显然的是,按功率公式,随着速度增大,风扇推力会明显下降。所以对于需要高速(特别是超巡)飞行的战斗机来说,大涵道比发动机就不合适了。这也就是类似F119这类发动机选择小涵道比的根本原因。

        2,为什么不一开始就选择大涵道比?

        很简单,最直接的原因就是材料跟不上。叶片本身高速旋转产生的离心力,叶根燕尾槽承受的应力,窄弦叶片本身的振动与强度限制(为此引入凸肩设计),这些都对涡扇发动机涵道比提出了实质上的限制。

        然后是宽弦叶片设计。新发动机是不是宽弦叶片,这个肉眼看了不算,需要等官方解说。但宽弦叶片的出现,本身就是材料性能、加工工艺的全面进步带来的。

        像罗罗1982年推出的“宽弦无凸肩空心夹层结构叶片”,采用叶盆/叶背钛合金薄板+蜂窝钛芯结构,活性扩散焊接成型,减重30%还提升了强度。而到了1990年代,GE90采用碳纤维/环氧树脂,钛合金前缘包边+凯芙拉缝合后缘,解决分层问题,重量比钛合金轻66%。LEAP-X、 GE9X,、UltraFan等最新一代发动机,采用三维掠形气动设计+混合材料结构,减重的同时优化叶片高速性能。

        新发动机到了哪个发展阶段,有待官方解密。但无论如何,有进步就是好事。而且随着基础工业的全面进步,可以预计后续发展会有明显的加速度。

        3,不能唯参数论

        新发动机也好,适配9X9的CJ系列发动机也罢,有观点认为必须对标LEAP-X,GE9X这些当前一流的发动机才有市场竞争力。这个之前在《关于发动机》说过,这里重复一下:

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