渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動機(jī)

在20世紀(jì)50年代，為了改進(jìn)燃料效率和提高推力，促使制造商研究出了發(fā)動機(jī)內(nèi)的氣流分為涵道外流和核心流的新樣式發(fā)動機(jī)。羅爾斯•羅伊斯的康威(Conway)發(fā)動機(jī)是第一種涵道發(fā)動機(jī)，1960年在波音707上投入使用，但最成功的是普惠的JT3D發(fā)動機(jī)(見圖片)。通用電氣公司生產(chǎn)的CJ805-23B，通過將風(fēng)扇級附加到軍用J79發(fā)動機(jī)衍生型的后端成為美國第一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，但它的成功有限，僅為康維爾990飛機(jī)使用。

可調(diào)靜子葉片

早期的噴氣發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速，特別是在加速期間，容易發(fā)生壓氣機(jī)失速等運轉(zhuǎn)問題。在1954年，GE工程師格哈德•諾伊曼(Gerhard Neumann，圖中左，與J79的共同設(shè)計師尼爾•伯吉斯/Neil Burgess在一起)發(fā)明了一種新穎的解決方案，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升時可以改變進(jìn)口導(dǎo)向葉片和壓氣機(jī)靜子角度的一種自動系統(tǒng)。這項突破使得以馬赫2以上飛行成為可能，并奠定了現(xiàn)代高涵道渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)。

所向無敵的J79發(fā)動機(jī)

30年間制造了各種作戰(zhàn)飛機(jī)使用的J79發(fā)動機(jī)超過17,000臺，從洛克希德公司的F-104“流星”戰(zhàn)斗機(jī)和F-4“鬼怪”戰(zhàn)斗機(jī)到康維爾公司的B-58“浪子”和以色列航宇工業(yè)公司的“幼獅”。

GE公司J79發(fā)動機(jī)剖面圖所示的關(guān)鍵組件：1)進(jìn)氣口；2)前齒輪箱；3)第1號軸承座；4)可調(diào)導(dǎo)向葉片作動器；5)17級壓氣機(jī)；6)2號軸承座；7)三級渦輪；8)3號軸承座；9)加力燃燒室供油歧管；10)排氣噴口調(diào)節(jié)片作動器；11)尾噴管；12)主噴口調(diào)節(jié)片；13)輔助噴口調(diào)節(jié)片；14)尾噴管內(nèi)襯壁；15)火焰穩(wěn)定器；16)排氣錐；17)加力噴油桿；18)尾噴管溫度熱電偶；19)3級渦輪20)燃燒室；21)聯(lián)焰管；22)燃油噴嘴；23)水平附件傳動軸；24)傳輸齒輪箱；25)垂直傳動軸附件；26)可調(diào)進(jìn)氣道導(dǎo)向葉片。

渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)和渦輪軸發(fā)動機(jī)

渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣流的能量，將其轉(zhuǎn)換成軸功率，或者通過齒輪箱直接與壓氣機(jī)相連，或由獨立的自由渦輪共軸傳遞給一個減速齒輪箱。渦輪軸發(fā)動機(jī)與渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)類似，但是將功率提供給連接轉(zhuǎn)子的傳動裝置，而不是螺旋槳。著名的渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)有羅爾斯•羅伊斯公司的達(dá)特發(fā)動機(jī)(Dart)。

材料與設(shè)計

通用電器公司(GE)成功確認(rèn)了在F414渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)上使用輕質(zhì)陶瓷基復(fù)合材料(CMC)(圖中黃色部分)制造的低壓渦輪葉片的耐高溫性能和耐久性，打開了在未來第六代戰(zhàn)斗機(jī)用作戰(zhàn)發(fā)動機(jī)和其他應(yīng)用中更多地采用先進(jìn)的材料的大門。

高涵道比齒輪傳動渦輪風(fēng)扇

普拉特•惠特尼公司開發(fā)出了一系列的齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī)，它是通過一個齒輪系統(tǒng)將低壓渦輪和風(fēng)扇連接起來。這個概念此前在霍尼韋爾的TFE731和LF502系列較低推力的發(fā)動機(jī)上取得成功，通過允許風(fēng)扇以較低轉(zhuǎn)速工作而低壓壓氣機(jī)和渦輪以較高轉(zhuǎn)速工作，使發(fā)動機(jī)達(dá)到更高的效率。普惠公司的PW1000G齒輪傳動風(fēng)扇發(fā)動機(jī)(上圖)目前包括3個主要型別和5個用戶，但預(yù)計在數(shù)量和推力范圍方面都會增長。羅爾斯•羅伊斯公司也計劃采用這一概念發(fā)展未來的超高級風(fēng)扇(UltraFan)高推力發(fā)動機(jī)。

先進(jìn)的工作循環(huán)和概念

美國航空航天局(NASA)正在研究混合動力渦輪電動飛機(jī)。該機(jī)構(gòu)預(yù)計，準(zhǔn)備在10年內(nèi)將兆瓦級的電動機(jī)作為50座飛機(jī)(turboelectric 50)的動力，并且在20年內(nèi)誕生100座的支線飛機(jī)。NASA計劃試驗證明常規(guī)非低溫和低溫超導(dǎo)電動機(jī)，以及針對混合動力和分布式電推進(jìn)系統(tǒng)的電動力。