F135渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)

F135渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與技術(shù)

F135發(fā)動(dòng)機(jī)是F119發(fā)動(dòng)機(jī)的衍生型。F119發(fā)動(dòng)機(jī)由3級(jí)風(fēng)扇、6級(jí)高壓壓氣機(jī)、帶氣動(dòng)噴嘴、浮壁式火焰筒的環(huán)形燃燒室、單級(jí)高壓渦輪、高壓渦輪轉(zhuǎn)向相反的單級(jí)低壓渦輪、加力燃燒室與二維矢量噴管等組成。整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)分為:風(fēng)扇、核心機(jī)、低壓渦輪、加力燃燒室、尾噴管和附件傳動(dòng)機(jī)匣等6個(gè)單元體，另外還有附件、FADEC及發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其加力推力155.7千牛，中間推力104.0千牛，總壓比35，涵道比0.3，渦輪前溫1850-1950K，最大直徑1.13米，長(zhǎng)度4.826米、重量1460千克。

F135發(fā)動(dòng)機(jī)采用與F119發(fā)動(dòng)機(jī)基本相同的核心機(jī)。為提高推力，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量和涵道比，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度;為了獲得短距起飛和垂直著陸能力，垂直起降型增加了新穎的升力風(fēng)扇、三軸承旋轉(zhuǎn)噴管、滾轉(zhuǎn)控制噴管。其3級(jí)風(fēng)扇采用超中等展弦比、前掠葉片、線性摩擦焊的整體葉盤和失諧技術(shù),在保持原風(fēng)扇的高級(jí)壓比、高效率、大喘振裕度和輕質(zhì)量的同時(shí),將風(fēng)扇的截面面積增加了10%-20%。6級(jí)壓氣機(jī)與F119發(fā)動(dòng)機(jī)的基本相同。

燃燒室在F119發(fā)動(dòng)機(jī)三維高紊流度、高旋流結(jié)構(gòu)的浮動(dòng)壁燃燒室的基礎(chǔ)上,采用了高燃油空氣比燃燒室技術(shù),在提供小的分布因子和所要求的徑向剖面的同時(shí),滿足了效率目標(biāo)。高、低壓渦輪采用對(duì)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),“超冷”高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片和導(dǎo)流葉片采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法設(shè)計(jì),利用高溫材料(可能為CMSX-4鑄造合金)鑄造,已在改進(jìn)的F119發(fā)動(dòng)機(jī)上得到驗(yàn)證,在提高耐久性的同時(shí),能夠明顯提高工作溫度(約為110℃)。低壓渦輪增加1級(jí),變?yōu)?級(jí),以適應(yīng)增大的風(fēng)扇帶來(lái)的驅(qū)動(dòng)負(fù)荷。

F135發(fā)動(dòng)機(jī)推比10.5、加力推力19噸級(jí)別、最大推力（無(wú)加力）13噸級(jí)別、質(zhì)量1700千克，其19噸的加力推力目前沒(méi)有任何實(shí)際裝備戰(zhàn)斗機(jī)的加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)能夠企及。不過(guò)值得一提的是，F(xiàn)135相對(duì)于F119雖然推力大幅度提高，但是實(shí)際上是在同樣核心機(jī)基礎(chǔ)上用流量、高速性能換推力。F135雖然推力超群，但是其高速性能卻是下降的。

F135渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)垂直起降設(shè)計(jì)

STOVL型F135-PW-600為了滿足垂直起降要求，設(shè)計(jì)了升力風(fēng)扇 發(fā)動(dòng)機(jī)噴管下偏 調(diào)姿噴管的垂直起降動(dòng)力方案。升力風(fēng)扇由涵道、風(fēng)扇、D形噴管、聯(lián)軸器、作動(dòng)裝置和伺服系統(tǒng)組成，由主發(fā)動(dòng)機(jī)F135的2級(jí)低壓渦輪驅(qū)動(dòng)；升力風(fēng)扇直徑為1.27m，可以向前偏轉(zhuǎn)13°，向后偏轉(zhuǎn)30°，在STOVL工作狀態(tài)下使戰(zhàn)斗機(jī)上方的冷氣流以230kg/s的流量垂直向下噴出，產(chǎn)生90千牛的升力；3軸承偏轉(zhuǎn)噴管垂直向下偏轉(zhuǎn)（最多可偏轉(zhuǎn)95度，可左右各偏轉(zhuǎn)10度），產(chǎn)生71.1千牛的升力；該噴管可使發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣從水平偏轉(zhuǎn)到垂直甚至向前，可以使推力從水平方向偏轉(zhuǎn)到垂直向后。

此外，每側(cè)翼根處的滾轉(zhuǎn)控制噴管利用發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的引氣，也可提供16.7kN的推力；在控制桿端的噴管差動(dòng)地打開和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)控制；通過(guò)偏轉(zhuǎn)噴管偏航實(shí)現(xiàn)偏航控制；通過(guò)升力風(fēng)扇和發(fā)動(dòng)機(jī)推力分離器實(shí)現(xiàn)俯仰控制。包括主發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的長(zhǎng)度為9.37m，懸?？偼屏?75.3千牛，短距起飛推力為169.5千牛。

F135是由由美國(guó)普拉特·惠特尼公司研制的加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，最大推力超過(guò)18噸（4萬(wàn)磅），F(xiàn)135發(fā)動(dòng)機(jī)是基于F-22的F119發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)和主要結(jié)構(gòu)研制的。由于海軍陸戰(zhàn)隊(duì)與英國(guó)皇家海軍預(yù)計(jì)采用的F-35B必須能夠垂直起降，因此F135也可以加上向下彎折的三軸承旋轉(zhuǎn)噴管。但是這個(gè)噴管只有在垂直起降的場(chǎng)合使用，可以大大地縮短起飛/降落距離。其他F-35則不使用這項(xiàng)設(shè)計(jì)。

F135使用了F119的核心機(jī)，配合高效的6級(jí)高壓壓氣機(jī)，1級(jí)高壓渦輪和高效的風(fēng)扇(由一個(gè)2級(jí)的低壓渦輪驅(qū)動(dòng))。F135采用了BAE系統(tǒng)公司的全權(quán)數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)(FADEC)，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和可保障性，F(xiàn)135大量采用外場(chǎng)可替換部件(LRC)，其零部件數(shù)量比F119減少了大約40%。按照計(jì)劃，F(xiàn)135有三個(gè)不同的型號(hào)，F(xiàn)135一PW一100將作為F-35A空軍型的動(dòng)力系統(tǒng)；F135一PW一400將作為F-35C海軍艦載型的動(dòng)力；而F135一PW一600將作為F-35B海軍陸戰(zhàn)隊(duì)短距起飛/垂直降落型的動(dòng)力。

對(duì)于F135的由來(lái)，其使用了部分前蘇聯(lián)R79發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)是毫無(wú)疑問(wèn)的，洛克希德也對(duì)此供認(rèn)不諱。但互聯(lián)網(wǎng)上有一種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為其完全仿制了前蘇聯(lián)雅克-141使用的R79V-300發(fā)動(dòng)機(jī)。這一認(rèn)識(shí)的源頭是：蘇聯(lián)解體后，洛克希德的人隨同美國(guó)政府官員參觀了雅科夫列夫設(shè)計(jì)局和其他一些俄羅斯航空企業(yè)，他們有機(jī)會(huì)接觸了雅科夫列夫的技術(shù)和設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)雅科夫列夫設(shè)計(jì)局正尋找資金來(lái)維持雅克-141項(xiàng)目，該型還沒(méi)獲得任何訂單。洛克希德公司用少量資金就換取了雅克-141的性能數(shù)據(jù)和部分設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，俄國(guó)人也允許美國(guó)政府人員研究這些資料。因此，洛克希德·馬丁公司的X-35的短距起飛/垂直降落設(shè)計(jì)應(yīng)該吸收了一部分雅克-141的現(xiàn)有成果。但普拉特·惠特尼公司的F135發(fā)動(dòng)機(jī)只是吸取了R79V-300發(fā)動(dòng)機(jī)的部分技術(shù)，兩者結(jié)構(gòu)和尺寸并不完全相同，且R-79V-300發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比較高，達(dá)到0.81；渦輪進(jìn)口溫度較低，為1620K；推重比只有5.64，難以成為一種合格的第四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

F135發(fā)動(dòng)機(jī)因F-35的需求而啟動(dòng)。

在聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)（JSF，Joint Strike Fighter）項(xiàng)目中，美國(guó)國(guó)防部一直致力于尋求一種全壽命周期耗費(fèi)低廉合理、并且能夠同時(shí)滿足三個(gè)不同軍種使用要求的設(shè)計(jì)方案。因此，這款全新戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)必須包含常規(guī)起降型（CTOL）、艦載型（CV）和短距起飛/垂直降落型（STOVL）等三種不同型號(hào)，而且所有功能的實(shí)現(xiàn)都必須首先滿足價(jià)格的要求。因此參與競(jìng)標(biāo)的兩款飛機(jī)中，無(wú)論是洛克希德·馬丁公司的X-35還是波音公司的X-32驗(yàn)證機(jī)，均采用了成本較低且能兼顧短距起飛/垂直降落要求的單發(fā)布局。

在聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目驗(yàn)證機(jī)研制之時(shí)，世界上唯一可以滿足性能要求的發(fā)動(dòng)機(jī)就是普·惠公司研制的F119-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)，F(xiàn)119-PW-100也是人類歷史上最早投入使用的推重比超過(guò)10的小涵道比加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。由于兩家競(jìng)爭(zhēng)公司對(duì)飛機(jī)的要求不同，從而要求普·惠公司研制2種略有不同的F-119改進(jìn)型以滿足每個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者各自的需要。波音型F-119發(fā)動(dòng)機(jī)的代號(hào)是JSF/119-SE614，洛克希德·馬丁型的代號(hào)是JSF/F119-SE611。

這兩種型別的發(fā)動(dòng)機(jī)之所以要存在這些差異，主要是因?yàn)閮蓚€(gè)JSF機(jī)體制造商所采用的垂直升力系統(tǒng)方案有所不同。波音公司采用了類似海鷂戰(zhàn)斗機(jī)的多個(gè)矢量噴管下偏垂直起飛方案，整體來(lái)看比較復(fù)雜。X-32使用多個(gè)引氣管道將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室出口燃?xì)庖龅轿挥陲w機(jī)重心位置的向下噴管提供垂直起降的主要升力，另外由數(shù)個(gè)小引氣通道將發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇和加力燃燒室的氣流引出為飛機(jī)提供升力補(bǔ)充和姿態(tài)控制。

而洛克希德·馬丁公司的X-35采用了發(fā)動(dòng)機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)的升力風(fēng)扇 發(fā)動(dòng)機(jī)噴管下偏來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直起降。洛克希德·馬丁公司使用的發(fā)動(dòng)機(jī)JSF/F119-SE611采用了軸對(duì)稱噴管，能夠垂直下偏提供主要升力。既然驗(yàn)證機(jī)采用了以F119-PW-100發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)的改進(jìn)型號(hào)，在F-35被確定贏得聯(lián)合打擊戰(zhàn)斗機(jī)合同之后，動(dòng)力系統(tǒng)沿用原來(lái)的發(fā)展思路就成了水到渠成的事情，這就是F135發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目的開端。

2005年11月底，普拉特·惠特尼公司完成對(duì)F135的總裝。

2006年3月，F(xiàn)135發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了數(shù)千小時(shí)的靜態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

2006年10月，F(xiàn)135被首次安裝在飛機(jī)上進(jìn)行飛行測(cè)試，并且測(cè)試成功。

最大加力推力（kN）：178（原型）、191.3（量產(chǎn)型）

中間推力（kN）：115（原型）、128.1（量產(chǎn)型）

進(jìn)氣口直徑（m）：1.17

長(zhǎng)度（m）:5.59

外徑（m）：1.30

涵道比：0.57

總壓比：28

推重比：10.5（原型）、11.7（量產(chǎn)型）

質(zhì)量（kg）：1730（原型）、1670（量產(chǎn)型）

單轉(zhuǎn)子和多轉(zhuǎn)子

在研制一臺(tái)新的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候，最先解決的問(wèn)題是他的總體結(jié)構(gòu)問(wèn)題。總體結(jié)構(gòu)的問(wèn)題就是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子數(shù)目多少。當(dāng)前渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的總體結(jié)構(gòu)有三種，一是單轉(zhuǎn)子、二是雙子、三是三轉(zhuǎn)子。其中單轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)只有一根軸，風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪全都在這一根軸上。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的好處是經(jīng)濟(jì)性好。一方面的節(jié)省就總要在另一方而復(fù)出相應(yīng)的代價(jià)。首先從理論上來(lái)說(shuō)單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)可以作成任意多的級(jí)數(shù)以期達(dá)到一定的增壓比?？墒且?yàn)閱无D(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)限制使其風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、低壓渦輪、高壓渦輪必須都安裝在同一根主軸之上，這樣在工作時(shí)他們就必須要保持相同的轉(zhuǎn)速。問(wèn)題也就相對(duì)而出，當(dāng)單轉(zhuǎn)子的發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)其轉(zhuǎn)數(shù)突然下降時(shí)（比如猛收小油門），壓氣機(jī)的高壓部分就會(huì)因?yàn)榈貌坏阶銐虻霓D(zhuǎn)數(shù)而效率嚴(yán)重下降，在高壓部分的效率下降的同時(shí)，壓氣機(jī)低壓部分的載荷就會(huì)急劇上升，當(dāng)?shù)蛪簤簹鈾C(jī)部分超載運(yùn)行時(shí)就會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的振喘，而在正常的飛行當(dāng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的喘振是決對(duì)不被允許的，因?yàn)樵谡５娘w行中發(fā)動(dòng)機(jī)一但發(fā)生喘振飛機(jī)很有可能發(fā)生掉落。為了解決低壓部分在工作中的過(guò)載需要在壓氣機(jī)前加裝導(dǎo)流葉片和在壓氣機(jī)的中間級(jí)上進(jìn)行放氣，即空放掉一部分以經(jīng)被增壓的空氣來(lái)減少壓氣機(jī)低壓部分的載荷。但這樣一來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率就會(huì)大打折扣，而且這種放掉增壓氣的作法在高增壓比的壓氣機(jī)上的作用也不是十分的明顯。更嚴(yán)重的問(wèn)題發(fā)生在風(fēng)扇上，由于風(fēng)扇必須和壓氣機(jī)同步，受壓氣機(jī)的高轉(zhuǎn)數(shù)所限單轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)只能選用比較小的函道比。比如在幻影-2000上用的M-53單轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其函道只有0.3。相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比也比較小，只有5.8。

為了提高壓氣機(jī)的工作效率和減少發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中的喘振，人們想到了用雙轉(zhuǎn)子來(lái)解決問(wèn)題，即讓發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)工作在不同的轉(zhuǎn)速之下。這樣低壓壓氣機(jī)與低壓渦輪聯(lián)動(dòng)形成了低壓轉(zhuǎn)子，高壓壓氣機(jī)與高壓渦輪聯(lián)動(dòng)形成了高壓轉(zhuǎn)子。低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可以相對(duì)低一些。因?yàn)閴嚎s作用在壓氣機(jī)內(nèi)的空氣溫度升高，而音速是隨著空氣溫度的升高而升高的，所以而高壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可以設(shè)計(jì)的相對(duì)高一些。既然轉(zhuǎn)速提高了，高壓轉(zhuǎn)子的直徑就可以作的小一些，這樣在雙轉(zhuǎn)子的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上就形成了一個(gè)“蜂腰”，而發(fā)動(dòng)機(jī)的一些附屬設(shè)備比如燃油調(diào)節(jié)器、起動(dòng)裝置等等就可以很便的裝在這個(gè)“蜂腰”的位置上，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)面積降低飛行阻力。雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的好處不光這些，由于一般來(lái)說(shuō)雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的的高壓轉(zhuǎn)子的重量比較輕，起動(dòng)慣性小，所以人們?cè)谠O(shè)計(jì)雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候都只把高壓轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成用啟動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，這樣和單轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)相比雙轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)也比較容易，啟動(dòng)的能量也要求較小，啟動(dòng)設(shè)備的重量也就相對(duì)降低。

然而雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)也并不是完美的。在雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上，由于風(fēng)扇要和低壓壓氣機(jī)聯(lián)動(dòng)，風(fēng)扇和低壓壓氣機(jī)就必須要互相將就一下對(duì)方。風(fēng)扇為將就壓氣機(jī)而必需提高轉(zhuǎn)數(shù)，這樣直徑相對(duì)比較大的風(fēng)扇所承受的離心力和葉尖速度也就要大，巨大的離心力就要求風(fēng)扇的重量不能太大，在風(fēng)扇的重量不能太大的情況下風(fēng)扇的葉片長(zhǎng)度也就不能太長(zhǎng)，風(fēng)扇的直徑小下來(lái)了，函道比自然也上不去，而實(shí)踐證明函道比越高的發(fā)動(dòng)機(jī)推力也就越大，而且也相對(duì)省油。而低壓壓氣機(jī)為了將就風(fēng)扇也不得不降低轉(zhuǎn)數(shù)，降低了壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)壓氣機(jī)的工作效率自然也就上不去，單級(jí)增壓比降低的后果是不得不增加壓氣機(jī)風(fēng)扇的級(jí)數(shù)來(lái)保持一定的總增壓比。這樣壓氣機(jī)的重量就很難得以下降。

為了解壓氣機(jī)和風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù)上的矛盾。人們很自然的想到了三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所謂三轉(zhuǎn)子就是在二轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)上又了多了一級(jí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子。這樣風(fēng)扇、高壓壓氣機(jī)和低壓壓氣機(jī)都自成一個(gè)轉(zhuǎn)子，各自都有各自的轉(zhuǎn)速。三個(gè)轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有相對(duì)固定的機(jī)械聯(lián)接。如此一來(lái)，風(fēng)扇和低壓轉(zhuǎn)子就不用相互的將就行事，而是可以各自在最為合試的轉(zhuǎn)速上運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)師們就可以相對(duì)自由的來(lái)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇直徑以及函道比。而低壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速也可以不受風(fēng)扇的肘制，低壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速提高之后壓氣的的效率提高、級(jí)數(shù)減少、重量減輕，發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度又可以進(jìn)一步縮小。

但和雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)相比，三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變的復(fù)雜。三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)有三個(gè)相互套在一起的共軸轉(zhuǎn)子，因而所需要的軸承支點(diǎn)幾乎比雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)多了一倍，而且支撐結(jié)構(gòu)也更加的復(fù)雜，軸承的潤(rùn)滑和壓氣機(jī)之間的密閉也更困難。三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)比雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)多了很多工程上的難題，可是英國(guó)的羅爾斯·羅伊斯公司還是對(duì)他情有獨(dú)鐘，因?yàn)樵诒砻娴睦щy背后還有著巨大的好處，羅羅公司的RB-211上用的就是三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子數(shù)量上的增加換來(lái)了風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪的簡(jiǎn)化。

三轉(zhuǎn)子RB-211與同一技術(shù)時(shí)期推力同級(jí)的雙轉(zhuǎn)子的JT-9D相比：JT-9D的風(fēng)扇頁(yè)片有46片，而RB-211只有33片；壓氣機(jī)、渦輪的總級(jí)數(shù)JT-9D有22級(jí)，而RB-211只有19級(jí)；壓氣機(jī)葉片JT-9D有1486片，RB-211只有826片；渦輪轉(zhuǎn)子葉片RB211也要比JT9D少，前者是522片，而后者多達(dá)708片；但從支撐軸承上看，RB-211有八個(gè)軸承支撐點(diǎn)，而JT9D只有四個(gè)。

風(fēng)扇

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外函推力完全來(lái)自于風(fēng)扇所產(chǎn)生的推力，風(fēng)扇的的好壞直接的影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，這一點(diǎn)在高函道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上同樣重要。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇發(fā)展也經(jīng)歷了幾個(gè)過(guò)程。在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之初，由于受內(nèi)函核心機(jī)功率和風(fēng)扇材料的機(jī)械強(qiáng)度的限制，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的函道比不可能作的很大，比如在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的三鼻祖中，其函道比最大的CJ805-23也不過(guò)只有1.5而以，而且CJ805-23所采用的風(fēng)扇還是后獨(dú)一無(wú)二的后風(fēng)扇。

在前風(fēng)扇設(shè)計(jì)的二款發(fā)動(dòng)機(jī)中JT3D的函道比大一些達(dá)到了1.37。達(dá)到如此的函道比，其空氣總流量比也比其原型J-57的空氣流量大了271%?？諝饬髁康募哟蟀l(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)面積也隨之變大。風(fēng)扇的葉片也要作的很長(zhǎng)。JT3D的一級(jí)風(fēng)扇的葉片長(zhǎng)度為418.2毫米。而J-57上的最長(zhǎng)的壓氣機(jī)葉片也就大約有二百毫米左右。當(dāng)風(fēng)扇葉片變的細(xì)長(zhǎng)之后，其彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力加大，在工作中振動(dòng)的問(wèn)題也突現(xiàn)了出來(lái)。為了解決細(xì)長(zhǎng)的風(fēng)扇葉片所帶來(lái)的問(wèn)題，普惠公司采用了阻尼凸臺(tái)的方法來(lái)減少風(fēng)扇葉片所帶來(lái)的振動(dòng)。凸臺(tái)位于距風(fēng)扇葉片根處大約百分之六十五的地方。JT3D發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇部分裝配完成之后，其風(fēng)扇葉上的凸臺(tái)就會(huì)在葉片上連成一個(gè)環(huán)形的箍。當(dāng)風(fēng)扇葉片運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，凸臺(tái)與凸臺(tái)之間就會(huì)產(chǎn)生摩擦阻尼以減少葉片的振動(dòng)。加裝阻尼凸臺(tái)之后其減振效果是明顯的，但其阻尼凸臺(tái)的缺點(diǎn)也是明顯的。首先他增加了葉片的重量，其次他降底了風(fēng)扇葉片的效率。而且如果設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)脑挳?dāng)空氣高速的流過(guò)這個(gè)凸臺(tái)時(shí)會(huì)發(fā)生畸變，氣流的畸變會(huì)引發(fā)葉片產(chǎn)生更大的振動(dòng)。而且如果采用這種方法由于葉片的質(zhì)量變大，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)扇本身會(huì)產(chǎn)生更大的離心力。這樣的風(fēng)扇葉片很難作的更長(zhǎng)，沒(méi)有更長(zhǎng)的葉片也就不會(huì)有更高的函道比。而且細(xì)長(zhǎng)的風(fēng)扇葉片的機(jī)械強(qiáng)度也很低，在飛機(jī)起飛著陸過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)一但吸入了外來(lái)物，比如飛鳥之類，風(fēng)扇的葉片會(huì)更容易被損壞，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中折斷的風(fēng)扇葉片會(huì)像子彈一樣打穿外函機(jī)匣釀成大禍。解決風(fēng)扇難題一個(gè)比較完美的辦法是加大風(fēng)扇葉片的寬度和厚度。這樣葉片就可以獲得更大的強(qiáng)度以減少振動(dòng)和外來(lái)物打擊的損害，而且如果振動(dòng)被減少到一定程度的話阻尼凸臺(tái)也可以取消。但更厚重的扇葉其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的離心力也將是巨大的。這樣就必需要加強(qiáng)扇葉和根部和安裝扇葉的輪盤。但航空發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)不起這樣的重量代價(jià)。風(fēng)扇葉片的難題大大的限制了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。

更高的轉(zhuǎn)數(shù)、高大的機(jī)械強(qiáng)度、更長(zhǎng)的葉片、更輕的重量這樣的一個(gè)多難的問(wèn)題最終在八十年代初得到了解決。

1984年10月，RB211-535E4掛在波音757的翼下投入了使用。它是一臺(tái)有著跨時(shí)代意義的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。讓它身負(fù)如此之名的就是它的風(fēng)扇。羅爾斯·羅伊斯公司用了創(chuàng)造性的方法解決了困擾大函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的多難問(wèn)題。新型發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片叫作“寬弦無(wú)凸肩空心夾層結(jié)構(gòu)葉片”。故名思意，新型風(fēng)扇的葉片采用了寬弦的形狀來(lái)加大機(jī)械強(qiáng)度和空心結(jié)構(gòu)以減少重量。新型的空心葉片分成三個(gè)部分：葉盆、葉背、和葉芯。它的葉盆和葉背分別是由兩塊鈦合金薄板制成，在兩塊薄板之間是同樣用鈦合金作成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的“芯”。通過(guò)活性擴(kuò)散焊接的方法將葉盆、葉背、葉芯連成一體。新葉片以極輕的重量獲得了極大的強(qiáng)度。這樣的一塊“鈦合金三明治”一下子解決了困擾航空動(dòng)力工業(yè)幾十年的大難題。

新型風(fēng)扇不光是重量輕、強(qiáng)度大，而且因?yàn)樗∠藗鹘y(tǒng)細(xì)長(zhǎng)葉片上的阻尼凸臺(tái)他的工作效率也要更高一些。風(fēng)扇扇葉的數(shù)量也減少了將近三分之一，RB211-535E4發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇扇葉只有二十四片。

1991年7月15日新型寬弦葉片經(jīng)受了一次重大的考驗(yàn)。印度航空公司的一架A320在起飛階段其裝備了寬弦葉片的V-2500渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)吸入了一只5.44千克重的印度禿鷲！巨鳥以差不多三百公里的時(shí)速迎頭撞到了發(fā)動(dòng)機(jī)的最前端部件--風(fēng)扇上！可是發(fā)動(dòng)機(jī)在遭到如此重創(chuàng)之后仍在正常工作，飛機(jī)安全的降落了。在降落之后，人們發(fā)現(xiàn)V-2500的22片寬弦風(fēng)扇中只有6片被巨大的沖擊力打變了形，沒(méi)有一片葉片發(fā)生折斷。發(fā)動(dòng)機(jī)只在外場(chǎng)進(jìn)行了更換葉片之后就又重新投入了使用。這次意外的撞擊證明了“寬弦無(wú)凸肩空心夾層結(jié)構(gòu)葉片”的巨大成功。

解決寬弦風(fēng)扇的問(wèn)題并不是只有空心結(jié)構(gòu)這一招。實(shí)際上，當(dāng)風(fēng)扇的直徑進(jìn)一步加大時(shí)，空心結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇扇葉也會(huì)超重。比如在波音777上使用的GE-90渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其風(fēng)扇的直徑高達(dá)3.142米。即使是空心蜂窩結(jié)構(gòu)的鈦合金葉片也會(huì)力不從心。于是通用動(dòng)力公司便使用先進(jìn)的增強(qiáng)環(huán)氧樹脂碳纖維復(fù)合材料來(lái)制造巨型的風(fēng)扇扇葉。碳纖維復(fù)合材料所制成的風(fēng)扇扇葉結(jié)構(gòu)重量極輕，而強(qiáng)度卻是極大?？墒窃诋?dāng)復(fù)合材料制成的風(fēng)扇在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)遭到特大鳥的撞擊會(huì)發(fā)生脫層現(xiàn)像。為了進(jìn)一步的增大GE-90的安全系數(shù)，通用動(dòng)力公司又在風(fēng)扇的前緣上包覆了一層鈦合金的蒙皮，在其后緣上又用“凱夫拉”進(jìn)行縫合加固。如此以來(lái)GE-90的風(fēng)扇可謂萬(wàn)無(wú)一失。

當(dāng)高函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇從傳統(tǒng)的細(xì)長(zhǎng)窄弦葉片向?qū)捪胰~片過(guò)渡的時(shí)候，風(fēng)扇的級(jí)數(shù)也經(jīng)歷了一場(chǎng)從多級(jí)風(fēng)扇到單級(jí)風(fēng)扇的過(guò)渡。在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)誕生之初，由于風(fēng)扇的單級(jí)增壓比比較低只能采用多級(jí)串聯(lián)的方式來(lái)提高風(fēng)扇的總增壓比。比如JT3D的風(fēng)扇就為兩級(jí)，其平均單級(jí)增壓比為1.32，通過(guò)兩級(jí)串聯(lián)其風(fēng)扇總增壓比達(dá)到了1.74。多級(jí)風(fēng)扇與單級(jí)風(fēng)扇相比幾乎沒(méi)有優(yōu)點(diǎn)，它重量大、效率低，其實(shí)它是在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的技主還不十分成熟的時(shí)候一種無(wú)奈的選擇。隨著風(fēng)扇單級(jí)增壓比的一步步提高，現(xiàn)如今在中、高函道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上單級(jí)風(fēng)扇以是一統(tǒng)天下。比如在GE-90上使用的單級(jí)風(fēng)扇其增壓比高達(dá)1.65，如此之高的單級(jí)增壓比以經(jīng)再?zèng)]有必要來(lái)串接第二級(jí)風(fēng)扇。

但是在戰(zhàn)斗機(jī)上使用的低函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)還在使用著多級(jí)風(fēng)級(jí)的結(jié)構(gòu)。比如在F-15A上使用的F100-PW-100渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)就是由三級(jí)構(gòu)成，其總增壓比達(dá)到了2.95。低函道渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)取如此高的風(fēng)扇增壓比其實(shí)是風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)合二為一結(jié)果。在戰(zhàn)斗機(jī)上使用的低函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為了減少重量它的雙轉(zhuǎn)子其實(shí)是由風(fēng)扇轉(zhuǎn)子和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子組成的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。受戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)內(nèi)容積所限，采用大空氣流量的高函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是不現(xiàn)實(shí)的，但為了提高推力只能提發(fā)動(dòng)機(jī)的出口壓力，再者風(fēng)扇不光要提供全部的外函推力而且還要部分的承擔(dān)壓氣機(jī)的任務(wù)，所以風(fēng)扇只能采用比較高的增壓比。

其實(shí)低函道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)彩用多級(jí)風(fēng)扇也是一種無(wú)耐之舉，如果風(fēng)扇的單級(jí)增壓比能達(dá)到3左右多級(jí)風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)就將不會(huì)再出現(xiàn)。如果想要風(fēng)扇的單級(jí)增壓比達(dá)到3，只能是進(jìn)一步提高風(fēng)扇的的轉(zhuǎn)速并在風(fēng)扇的葉型上作文章，風(fēng)扇的葉片除了要使用寬弦葉片之外葉片還要帶有一定的后掠角度以克服風(fēng)扇在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的激波，只有這樣的單級(jí)風(fēng)扇增壓比才可能會(huì)實(shí)現(xiàn)。

壓氣機(jī)

壓氣機(jī)顧名思義，就是用來(lái)壓縮空氣的一種機(jī)械。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上所使用的壓氣機(jī)按其結(jié)構(gòu)和工作原理可以分為兩大類，一類是離心式壓氣機(jī)，一類是軸流式壓氣機(jī)。離心式壓氣機(jī)的外形就像是一個(gè)鈍角的扁圓錐體。在這個(gè)圓錐體上有數(shù)條螺旋形的葉片，當(dāng)壓氣機(jī)的圓盤運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣就會(huì)被螺旋形的葉片“抓住”，在高速旋轉(zhuǎn)所帶來(lái)的巨大離心力之下，空氣就會(huì)被甩進(jìn)壓氣機(jī)圓盤與壓氣機(jī)機(jī)匣之間的空隙，從而實(shí)現(xiàn)空氣的增壓。與離心式壓氣機(jī)不同，軸流式壓氣機(jī)是由多級(jí)風(fēng)扇所構(gòu)成的，其每一級(jí)都會(huì)產(chǎn)生一定的增壓比，各級(jí)風(fēng)扇的增壓比相乘就是壓氣機(jī)的總增壓比。

在現(xiàn)代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上的壓氣機(jī)大多是軸流式壓氣機(jī)，軸流式壓氣機(jī)有著體積小、流量大、單位效率高的優(yōu)點(diǎn)，但在一些場(chǎng)合之下離心式壓氣機(jī)也還有用武之地，離心式壓氣機(jī)雖然效率比較差，而且重量大，但離心式壓氣機(jī)的工作比較穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且單級(jí)增壓比也比軸流式壓氣機(jī)要高數(shù)倍。比如在中國(guó)臺(tái)灣的IDF上用的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的TFE1042-70渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上，其高壓壓氣機(jī)就采用了四級(jí)軸流式與一級(jí)離心式的組合式壓氣機(jī)以減少壓氣機(jī)的級(jí)數(shù)。多說(shuō)一句，這樣的組合式壓氣機(jī)在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上用的不多，但在直升機(jī)上所使用的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)如今一般都為幾級(jí)軸流式加一級(jí)離心式的組合結(jié)構(gòu)。比如國(guó)產(chǎn)的渦軸6、 渦軸8發(fā)動(dòng)機(jī)就是1級(jí)軸流式加1級(jí)離心式構(gòu)成的組合壓氣機(jī)。而美國(guó)的“黑鷹”直升機(jī)上的T700發(fā)動(dòng)機(jī)其壓氣機(jī)為5級(jí)軸流式加上1級(jí)離心式。

壓氣機(jī)是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上比較核心的一個(gè)部件。在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)很大程度上就是為了迎合壓氣機(jī)的需要。壓氣機(jī)的效率高低直接的影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。當(dāng)前人們的目標(biāo)是提高壓氣機(jī)的單級(jí)增壓比。比如在J-79上用的壓氣機(jī)風(fēng)扇有17級(jí)之多，平均單級(jí)增壓比為1.16，這樣17級(jí)葉片的總增壓比大約為12.5左右，而用在波音777上的GE-90的壓氣機(jī)的平均單級(jí)增壓比以提高到了1.36，這樣只要十級(jí)增壓葉片總增壓比就可以達(dá)到23左右。而F-22的動(dòng)力F-119發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)更是了的，3級(jí)風(fēng)扇和6級(jí)高壓壓氣機(jī)的總增壓比就達(dá)到了25左右，平均單級(jí)增壓比為1.43。平均單級(jí)增壓比的提高對(duì)減少壓氣機(jī)的級(jí)數(shù)、減少發(fā)動(dòng)機(jī)的總量、縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的總長(zhǎng)度是大有好處的。

但隨著壓氣機(jī)的增壓比越來(lái)越高，壓氣機(jī)振喘和壓氣機(jī)防熱的問(wèn)題也逐漸突現(xiàn)。

在壓氣機(jī)中，空氣在得到增壓的同時(shí)，其溫度也在上升。比如當(dāng)飛機(jī)在地面起飛壓氣機(jī)的增壓比達(dá)到25左右時(shí)，壓氣機(jī)的出口溫度就會(huì)超過(guò)500度。而在戰(zhàn)斗機(jī)所用的低函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，在中低空飛行中由于沖壓作用，其溫度還會(huì)提高。而當(dāng)壓氣機(jī)的總增壓比達(dá)到30左右時(shí)，壓氣機(jī)的出口溫度會(huì)達(dá)到600度左右。如此高的溫度鈦合金是難當(dāng)重任的，只能由耐高溫的鎳基合金取而代之，可是鎳基合金與鈦合金相比基重量太大。與是人們又開發(fā)了新型的耐高溫鈦合金。在波音747的動(dòng)力之一羅·羅公司的遄達(dá)800與EF2000的動(dòng)力EJ200上就使用了全鈦合金壓氣機(jī)。其轉(zhuǎn)子重量要比使用鎳基合金減重30%左右。

與壓氣機(jī)防熱的問(wèn)題相比壓氣機(jī)振喘的問(wèn)題要難辦一些。振喘是發(fā)動(dòng)機(jī)的一種不正常的工作狀態(tài)，他是由壓氣機(jī)內(nèi)的空氣流量、流速、壓力的空然變化而引發(fā)的。比如在當(dāng)飛機(jī)進(jìn)行加速、減速時(shí)，當(dāng)飛發(fā)動(dòng)機(jī)吞水、吞冰時(shí)，或當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)在突然以大攻飛行拉起進(jìn)氣道受到屏蔽進(jìn)氣量驟減時(shí)。都極有可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)的振喘。

在渦扇噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)之初，人們就采用了在各級(jí)壓氣機(jī)前和風(fēng)扇前加裝整流葉片的方法來(lái)減少上一級(jí)壓氣機(jī)因絞動(dòng)空氣所帶給下一級(jí)壓氣機(jī)的不利影響，以克制振喘現(xiàn)像的發(fā)生。而且在J-79渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)上人們還首次實(shí)現(xiàn)了整流葉片的可調(diào)整?？烧{(diào)整的整流葉片可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)在更加寬廣的飛行包線內(nèi)正常工作?？墒请S著風(fēng)扇、壓氣機(jī)的增壓比一步一步的提高光是采用整流葉片的方法以是行不通了。對(duì)于風(fēng)扇人們使用了寬弦風(fēng)扇解決了在更廣的工作范圍內(nèi)穩(wěn)定工作的問(wèn)題，而且采用了寬弦風(fēng)扇之后即使去掉風(fēng)扇前的整流葉片風(fēng)扇也會(huì)穩(wěn)定的工作。比如在F-15上的F100-PW-100其風(fēng)扇前就采用了整流葉片，而F-22的F-119就由于采用了三級(jí)寬弦風(fēng)扇所以風(fēng)扇前也就沒(méi)有了整流葉片，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的重量得以減輕，而且由于風(fēng)扇前少了一層屏蔽其效率也就自然而然的提高了。風(fēng)扇的問(wèn)題解決了可是壓氣的問(wèn)題還在，而且似乎比風(fēng)扇的問(wèn)題材更難辦。因?yàn)槎嗉?jí)的壓氣機(jī)都是裝在一根軸上的，在工作時(shí)它的轉(zhuǎn)數(shù)也是相同的。如果各級(jí)壓氣機(jī)在工作的時(shí)候都有自已合理的工作轉(zhuǎn)數(shù)，振喘的問(wèn)題也就解決了?？墒堑饺缃駷橹惯€沒(méi)有聽說(shuō)什么國(guó)家在集中國(guó)力來(lái)研究十幾、二十幾轉(zhuǎn)子的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

在萬(wàn)般的無(wú)耐之后人們能回到老路上來(lái)--放氣！放氣是一種最簡(jiǎn)單但也最無(wú)可耐何的防振喘的方法。在很多現(xiàn)代化的發(fā)動(dòng)上人們都保留的放氣活門以備不時(shí)之須。比如在波音747的動(dòng)力JT9D上，普·惠公司就分別在十五級(jí)的高、低壓氣機(jī)中的第4、9、15級(jí)上保留了三個(gè)放氣活門。

燃燒室與渦輪

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室也就是我們上面所提到過(guò)的“燃?xì)獍l(fā)生器”。經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)壓縮后的高壓空氣與燃料混合之后將在燃燒室中燃燒以產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)鈦?lái)推動(dòng)燃?xì)鉁u輪的運(yùn)轉(zhuǎn)。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上最常用的燃燒室有兩種，一種叫作環(huán)管形燃燒室，一種叫作環(huán)形燃燒室。

環(huán)管燃燒室是由數(shù)個(gè)火焰筒圍成一圈所組成，在火焰筒與火焰筒之間有傳焰管相連以保證各火焰筒的出口燃?xì)鈮毫Υ笾料嗟取？墒羌词故侨绱烁鞲骰鹧嫱仓畠?nèi)的燃?xì)鈮毫σ策€是不能完全相等，但各火焰筒內(nèi)的微小燃?xì)鈮毫€不足以為患。但在各各火焰筒的出口處由于相鄰的兩個(gè)火焰筒所噴出的燃?xì)鈺?huì)發(fā)生重疊，所以在各火焰筒的出口相鄰處的溫度要比別處的溫度高?；鹧嫱驳某隹跍囟葓?chǎng)的溫度差異會(huì)給渦輪前部的燃?xì)鈱?dǎo)向器帶來(lái)一定的損害，溫度高的部分會(huì)加速被燒蝕。比如在使用了8個(gè)火焰筒的環(huán)管燃燒室的JT3D上，在火焰筒尾焰重疊處其燃?xì)鈱?dǎo)流葉片的壽命只有正常葉片的三分之一。

與環(huán)管式燃燒室相比，環(huán)形燃燒室就沒(méi)有這樣的缺點(diǎn)。故名思意，與管環(huán)燃燒室不同，環(huán)形燃燒室的形狀就像是一個(gè)同心圓，壓縮空氣與燃油在圓環(huán)中組織燃燒。由于環(huán)形燃燒室不像環(huán)管燃燒室那樣是由多個(gè)火焰筒所組成，環(huán)形燃燒室的燃燒室是一個(gè)整體，因此環(huán)形燃燒室的出口燃?xì)鈭?chǎng)的溫度要比環(huán)管形燃燒室的溫度均勻，而且環(huán)形燃燒室所需的燃油噴嘴也要比環(huán)管燃燒室的要少一些。均勻的溫度場(chǎng)對(duì)直接承受高溫燃?xì)獾娜細(xì)鈱?dǎo)流葉片的整體壽命是有好處的。

與環(huán)管燃燒室相比，環(huán)形燃燒室的優(yōu)點(diǎn)還不止是這些。

由于燃燒室中的溫度很高，所以無(wú)論環(huán)管燃燒室還是環(huán)形燃燒室都要進(jìn)行一定的冷卻，以保證燃燒室能更穩(wěn)定的進(jìn)行工作。單純的吹風(fēng)冷卻早以不能適應(yīng)極高的燃燒室溫度。如今人們?cè)谌紵抑凶钇毡闶褂玫睦鋮s方法是全氣膜冷卻，即在燃燒室內(nèi)壁與燃燒室內(nèi)部的高溫燃?xì)庵g組織起一層由較冷空氣所形成的氣膜來(lái)保護(hù)燃燒室的內(nèi)壁。由于要形成氣膜，所以就要從燃燒室壁上的孔隙中向燃燒室內(nèi)噴入一定量的冷空氣，所以燃燒室壁被作的很復(fù)雜，上面的開有成千上萬(wàn)用真空電子束打出的冷卻氣孔。如今大家只要通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算就可以得知，在有著相同的燃燒室容積的情況下，環(huán)形燃燒室的受熱面積要比環(huán)管燃燒室的受熱面積小的多。因此環(huán)形燃燒的冷卻要比環(huán)管形燃燒室的冷卻容易的多。在除了冷卻比較容易之處，環(huán)形燃燒室的體積、重量、燃油油路設(shè)計(jì)等等與環(huán)管燃燒室相比也著優(yōu)勢(shì)。

但與環(huán)管燃燒室相比，環(huán)形燃燒室也有著一些不足，但這些不足不是性能上的而是制作工藝上。

首先，是環(huán)形燃燒室的強(qiáng)度問(wèn)題。在環(huán)管燃燒室上使用的是單個(gè)體積較小的火焰筒，而環(huán)形燃燒室使用的是單個(gè)體積較大的圓環(huán)形燃燒室。隨著承受高溫、高壓的燃燒室的直徑的增大，環(huán)形燃燒室的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是一大難點(diǎn)。

其次，由于燃燒室的工作整體環(huán)境很復(fù)雜，所以如今人們還不可能完全用計(jì)算的方法來(lái)發(fā)現(xiàn)、解決燃燒室所面臨的問(wèn)題。要暴露和解決問(wèn)題進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)是唯一的方法。在環(huán)管燃燒室上，由于單個(gè)火焰筒的體積和在正常工作時(shí)所需要的空氣流量較少，人們可以進(jìn)行單個(gè)的火焰筒實(shí)驗(yàn)。而環(huán)形燃燒室是一個(gè)大直徑的整體，在工作時(shí)所需要的空氣流量也比較大，所以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)有一定的難度。在五六十年代人們進(jìn)行環(huán)行燃燒室的實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于沒(méi)有足夠的條件只能進(jìn)行環(huán)形燃燒室部分扇面的實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)不可能得到燃燒室的整體數(shù)據(jù)。

但由于科技的進(jìn)步，環(huán)形燃燒室的機(jī)械強(qiáng)度與調(diào)試問(wèn)題在現(xiàn)如今都以經(jīng)得到了比較圓滿的解決。由于環(huán)形燃燒室固有的優(yōu)點(diǎn)，在八十年代之后研發(fā)的新型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之上幾乎使用的都是環(huán)形燃燒室。

為了更能說(shuō)明兩種不同的燃燒室的性能差異，如今我們就以同為普·惠公司所出品的使用環(huán)管形燃燒室的第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)JT3D與使用了環(huán)形燃燒室的第二代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)JT9D來(lái)作一個(gè)比較。兩種渦扇發(fā)動(dòng)同為雙轉(zhuǎn)子前風(fēng)扇無(wú)加力設(shè)計(jì)，不過(guò)推力差異比較大，JT3D是8噸級(jí)推力的中推發(fā)動(dòng)機(jī)，而JT9D-59A的推力高達(dá)24042公斤，但這樣的差異并不妨礙我們對(duì)它們的燃燒室作性能上的比較。首先是兩種燃燒室的幾何形狀，JT9D-3A的直徑和長(zhǎng)度分別為965毫米和627毫米，而JT3D-3B的直徑是1020.5毫米、長(zhǎng)度是1070毫米。很明顯，JT9D的環(huán)形燃燒室要比JT-3D的環(huán)管燃燒室的體積小。JT9D-3A只有20個(gè)燃油噴嘴，而JT3D-3B的燃油噴嘴多達(dá)48個(gè)。燃燒效率JT3D-3B為0.97而JT9D-3A比他要高兩個(gè)百分點(diǎn)。JT3D-3B八個(gè)火焰筒的總表面積為3.579平方米，而JT9D-3A的火焰筒表面積只有2.282平方米，火焰筒表面積的縮小使得火焰筒的冷卻結(jié)構(gòu)可以作到簡(jiǎn)單、高效，因此JT9D的火焰筒壁溫度得以下降。JT3D-3B的火焰筒壁溫度為700-900度左右，而JT9D-3A的火焰筒壁溫度只有600到850度左右。JT9D的火焰筒壁溫度沒(méi)有JT3D-3B的高，可是JT9D-3A的燃燒室出口溫度卻高達(dá)1150度，而JT3D-3B的燃燒室出口溫度卻只有943度。以上所列出的幾條足以能說(shuō)明與環(huán)形燃燒室相比環(huán)管燃燒室有著巨大的性能優(yōu)勢(shì)。

在燃燒室中產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)獾老纫?jīng)過(guò)一道燃?xì)鈱?dǎo)向葉片，高溫高壓燃?xì)庠诮?jīng)過(guò)燃?xì)鈱?dǎo)向葉片時(shí)會(huì)被整流，并被賦予一定的角度以更有效率的來(lái)沖擊渦輪葉片。其目地就是為了推動(dòng)渦輪，各級(jí)渦輪會(huì)帶動(dòng)風(fēng)扇和壓氣機(jī)作功。在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，渦輪葉片和燃?xì)鈱?dǎo)向葉片將要直接的承受高溫高壓燃?xì)獾臎_刷。普通的金屬材料根本無(wú)法承受如此苛刻的工作環(huán)境。因此燃?xì)鈱?dǎo)向葉片和渦輪葉片還有聯(lián)接渦輪葉片的渦輪盤都必需是極耐高溫的合金材料。沒(méi)有深厚的基礎(chǔ)科學(xué)研究，高性能的渦輪研制也就無(wú)從談起。現(xiàn)今有實(shí)力來(lái)研制高性能渦輪的國(guó)家都無(wú)不把先進(jìn)的渦輪盤和渦輪葉片的材料配方和制作工藝當(dāng)作是最高極密。也正是這個(gè)小小的渦輪減緩了一些國(guó)家成為航空大國(guó)的步伐。

眾所周知，提高渦輪進(jìn)口溫度是提高渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力的有效途徑，所以在軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上，人們都在不遺余力的來(lái)提高渦輪的進(jìn)口溫度以使發(fā)動(dòng)機(jī)用更小的體積和重量來(lái)產(chǎn)生更大的推力。蘇27的動(dòng)力AL-31F渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪進(jìn)口溫度以高達(dá)1427度（應(yīng)該是K而不是攝氏度?。?，而F-22的運(yùn)力F-119渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)其渦輪前進(jìn)口溫度更是達(dá)到了1700度（應(yīng)該是K而不是攝氏度?。┑乃健Ｔ诤芏辔恼律咸岬饺绻脒_(dá)到更高的渦輪口進(jìn)氣溫度，在現(xiàn)今陶瓷渦輪還未達(dá)到真正實(shí)際應(yīng)用水平的情況下，只能采用更高性能的耐高溫合金。其實(shí)這是不切確的。提高渦輪的進(jìn)口溫度并非只有采用更加耐高溫的材料這一種途徑。早在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)誕生之初，人們就想到了用涂層的辦法來(lái)提高渦輪葉片的耐燒上涂一層耐燒蝕的表面涂層來(lái)延長(zhǎng)渦輪葉片的使用壽命。在JT3D的渦輪葉片上普惠公司就用擴(kuò)散滲透法在渦輪葉片上“鍍”上一層鋁、硅涂層。這種擴(kuò)散滲透法與我們?nèi)粘?yīng)用的手工鋼鋸條的滲碳工藝有點(diǎn)類似。經(jīng)過(guò)了擴(kuò)散滲透鋁、硅的JT3D一級(jí)渦輪葉片其理論工作壽命高達(dá)15900小時(shí)。

當(dāng)渦輪工作溫度進(jìn)一步升高之后，固體滲透也開始不能滿足越來(lái)越高的耐燒蝕要求。首先是固體滲透法所產(chǎn)生的涂層不能保證其涂層的均勻，其次是用固體滲透法得出的涂層容易脫落，其三經(jīng)過(guò)固體滲透之后得出的成品由于涂層不勻會(huì)產(chǎn)生一定的不規(guī)則變形（一般來(lái)說(shuō)經(jīng)過(guò)滲透法加工的零件其外形尺寸都有細(xì)小的放大）。

針對(duì)固體滲透法的這些不足，人們又開發(fā)了氣體滲透法。所謂氣體滲透就是用金屬蒸氣來(lái)對(duì)葉片進(jìn)行“蒸煮”在“蒸煮”的過(guò)程中各種合金成分會(huì)滲透到葉片的表層當(dāng)中去和葉片表層緊密結(jié)合并改變?nèi)~片表層的金屬結(jié)晶結(jié)構(gòu)。和固體滲透法相比，氣體滲透法所得到的涂層質(zhì)量有了很大提高，其被滲透層可以作的極均勻。但氣體滲透法的工藝過(guò)程要相對(duì)復(fù)雜很多，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較的不容易。但在對(duì)渦輪葉片的耐熱蝕要求越來(lái)越高的情況下，人們還是選擇了比較復(fù)雜的氣體滲透法，現(xiàn)如今的渦輪風(fēng)扇中的渦輪葉片大都經(jīng)過(guò)氣體滲透來(lái)加強(qiáng)其表面的耐燒蝕。

除了涂層之外，人們還要用較冷的空氣來(lái)對(duì)渦輪葉片進(jìn)行一定的冷卻，空心氣冷葉片也就隨之誕生了。最早的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)--英國(guó)羅·羅公司的維康就使用了空心氣冷葉片。與燃燒室相比因?yàn)闇u輪是轉(zhuǎn)動(dòng)部件，因此渦輪的氣冷也就要比燃燒室的空氣冷卻要復(fù)雜的多的多。除了在燃燒室中使用的氣薄冷卻之外在渦輪的燃?xì)鈱?dǎo)向葉片和渦輪葉片上大多還使用了對(duì)流冷卻和空氣沖擊冷卻。

對(duì)流冷卻就是在空心葉片中不停有冷卻氣在葉片中流動(dòng)以帶走葉片上的熱量。沖擊冷卻其實(shí)是一種被加強(qiáng)了的對(duì)流冷卻，即是一股或多股高速冷卻氣強(qiáng)行噴射在要求被冷卻的表面。沖擊冷卻一般都是用在燃?xì)鈱?dǎo)向葉片和渦輪葉片的前緣上，由空心葉片的內(nèi)部向葉片的前緣噴射冷卻氣體以強(qiáng)行降溫。沖擊冷卻后的氣體會(huì)從燃?xì)鈱?dǎo)向葉片和渦輪葉片前緣上的的孔、隙中流出在燃?xì)獾膸?dòng)下在葉片的表面形成冷卻氣薄。但開在葉片前緣上使冷卻氣流出的孔、隙會(huì)讓葉片更加難以制造，而且開在葉片前緣上的孔隙還會(huì)使應(yīng)力極中，對(duì)葉片的壽命產(chǎn)生負(fù)面影響?？墒怯捎跉獗±鋮s要比對(duì)流冷卻的效果好上很多，所以人們還是要不惜代價(jià)的在葉片上采用氣薄冷卻。

從某種意義上來(lái)說(shuō)，在燃?xì)鈱?dǎo)向葉片和渦輪葉片上使用更科學(xué)理合理的冷卻方法可能要比開發(fā)更先進(jìn)的耐高溫合金更重要一些。因?yàn)榭招睦鋮s要比開發(fā)新合金投資更少，見效更快。如今渦輪進(jìn)口溫度的提升其一半左右的功勞要?dú)w功于冷卻技術(shù)的提高?，F(xiàn)如今在各式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪前進(jìn)口溫度中要有200度到350度的溫度被葉片冷卻技術(shù)所消化，所以說(shuō)渦輪工作溫度的提高葉片冷卻技術(shù)功不可沒(méi)。

其實(shí)在很多軍事愛好者的眼中，渦輪的問(wèn)題似乎只是一個(gè)耐高溫材料的問(wèn)題。其實(shí)渦輪問(wèn)題由于其工作環(huán)境的特殊性它的難點(diǎn)不只是在高溫上。比如，由于渦輪葉片和渦輪機(jī)匣在高溫工作時(shí)由于熱脹冷縮會(huì)產(chǎn)生一定的變形，由這些變形所引起的渦輪葉片與機(jī)匣徑向間隙過(guò)大的問(wèn)題，徑向間隙的變大會(huì)引起燃?xì)庑孤抖?jí)大的降底渦輪效率。還有薄薄的渦輪機(jī)匣在高溫工作時(shí)產(chǎn)生的扭曲變形；低壓渦輪所要求的大功率與低轉(zhuǎn)數(shù)的矛盾；提高單級(jí)渦輪載荷后渦輪葉片的根部強(qiáng)度等等。除了這些設(shè)計(jì)上的難題之外，更大的難題則在于渦輪部件的加工工藝。比如進(jìn)行渦輪盤粉末合金鑄造時(shí)的雜質(zhì)控制、渦輪盤進(jìn)行機(jī)器加工時(shí)的軸向進(jìn)給力的控制、對(duì)渦輪盤加工的高精度要求、渦輪葉片合金精密鑄造時(shí)的偏析、渦輪葉片在表面滲透加工中的變形等等，這里面的每一個(gè)問(wèn)題解決不好都不可能生產(chǎn)出高質(zhì)量、高熱效率的渦輪部件。

噴管與加力

尾噴管是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的最末端，流經(jīng)風(fēng)扇、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪的空氣只有通過(guò)噴管排出了發(fā)動(dòng)機(jī)之外才能產(chǎn)生真正的推力以推動(dòng)飛機(jī)飛行。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣有二部分，一部分是外涵排氣，一部分是內(nèi)涵排氣。所以相應(yīng)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣方式也就分成了二種，一種是內(nèi)外涵的分開排氣，一種是內(nèi)外涵的混合排氣。兩種排氣方式各有優(yōu)劣，所以在現(xiàn)代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上兩種排氣方式都有使用?？偟膩?lái)說(shuō)，在高函道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上大多采有內(nèi)外函分開排氣，在低函道比的戰(zhàn)斗機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上都采用混合排氣的方式，而在中函道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上兩種排氣方式都有較多的使用。

對(duì)于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，函道比越高的發(fā)動(dòng)機(jī)其用油也就更省推力也更大。其原因就是內(nèi)函核心發(fā)動(dòng)機(jī)把比較多的能量傳遞給了外函風(fēng)扇。在混合排氣的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，內(nèi)函較熱的排氣會(huì)給外函較冷的排氣加溫，進(jìn)一步的用氣動(dòng)--熱力過(guò)程把能量傳遞給外函排氣。所以從理論上來(lái)說(shuō)，內(nèi)外函的混合排氣會(huì)提高推進(jìn)效率使燃油消耗進(jìn)一步降低，而且在實(shí)際上由于混合排氣可以降底內(nèi)函較高排氣速度，所以在當(dāng)飛機(jī)起降時(shí)還可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪音。可是在實(shí)際操作的過(guò)程中，高函道的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎沒(méi)有使用混合排氣的例子，一般都采用可以節(jié)省重量的短外函排氣。

進(jìn)行內(nèi)外函的混合排氣到當(dāng)前為止只有兩種方法一種是使用排氣混合器，一種是使用長(zhǎng)外函道進(jìn)行內(nèi)外函排氣的混合。在使用排氣混合器時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)增加一部分排氣混合器的重量，而且由于排氣要經(jīng)過(guò)排氣混合器所以發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣會(huì)產(chǎn)生一部分總壓損失，這兩點(diǎn)不足完全可以抵消掉混合排氣所帶來(lái)的好處。而長(zhǎng)外函排氣除了要付出重量的代價(jià)之外其排氣的混合也不是十分的均勻。所以除了在戰(zhàn)斗機(jī)上因結(jié)構(gòu)要求而采用外則很少有采用。

在戰(zhàn)斗機(jī)上除了有長(zhǎng)外函進(jìn)行內(nèi)外函空氣混合之外一般都還裝有加力裝置來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的最大可用推力。

所謂加力就是在內(nèi)函排氣和外函排氣中再噴入一定數(shù)量的燃油進(jìn)行燃燒，以燃油的損失來(lái)?yè)Q取短時(shí)間的大推力。到當(dāng)前為此只有在軍用飛機(jī)和極少數(shù)要求超音速飛行的民用飛機(jī)上使用了加力。由于各種飛機(jī)的使命不同對(duì)加力燃料的要求也是不同的。比如對(duì)于純粹的截?fù)魬?zhàn)斗機(jī)如米格25來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行戰(zhàn)斗起飛時(shí)，其起飛、爬升、奔向戰(zhàn)區(qū)、空戰(zhàn)等等都要求發(fā)動(dòng)機(jī)用最大的推力來(lái)驅(qū)動(dòng)飛機(jī)。其戰(zhàn)斗起飛時(shí)使用加力的時(shí)間差不多達(dá)到了整個(gè)飛行時(shí)間的百分之五十。而對(duì)于F-15之類的空優(yōu)戰(zhàn)斗機(jī)來(lái)說(shuō)在作戰(zhàn)起飛時(shí)只有在起飛和進(jìn)行空中格斗時(shí)使用加力，因此其加力的使用使時(shí)長(zhǎng)只占其飛行時(shí)間的10%不到。而在執(zhí)行純粹的對(duì)地攻擊任務(wù)時(shí)其飛機(jī)要求時(shí)用加力的時(shí)間連百分之一都不到，所以在強(qiáng)擊機(jī)上干脆就不安裝加力裝置以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的重量和長(zhǎng)度。

加力燃燒是提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的一個(gè)重要手段。如今我們所說(shuō)的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比都是按照加力推力來(lái)計(jì)算的。如果不按照加力推力來(lái)計(jì)算F-100-PW-100的推重比只有4.79連5都沒(méi)有達(dá)到！為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的最大推力，人們?nèi)缃褚话愣荚诓捎脙?nèi)外函排氣同時(shí)參與加力燃燒的混合加力。

但當(dāng)加力燃燒在大幅度的提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力的時(shí)候，所負(fù)出的代價(jià)就是燃油的高消耗。還是以F-100-PW-100為例其在全加力時(shí)的推力要比無(wú)加力時(shí)的最大推力高66%可是加力的燃油消耗卻是無(wú)加力時(shí)的281%。這樣高的燃油消耗在起飛和進(jìn)行空中格斗時(shí)還可以少少的使用一下，如要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的超音速飛行的話飛機(jī)的作戰(zhàn)半徑將大大縮短。

針對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高速性能的不足，人們又提出了變循環(huán)方案和外函加力方案。所謂變循環(huán)就是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的函道比在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。比如與F-119競(jìng)爭(zhēng)F-22動(dòng)力的YF-120發(fā)動(dòng)機(jī)就是一種變循環(huán)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。他的函道比可以0-0.25之間可調(diào)。這樣就可以在要求高航速的時(shí)候把函道比縮至最小，使渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)變?yōu)楦咚傩阅芎玫臏u噴發(fā)動(dòng)機(jī)。但由于變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)復(fù)雜，要增加一部分重量，而且費(fèi)用高、維護(hù)不便，于是YF-120敗與F-119手下。

由于混合加力要求內(nèi)外函排氣都參與加力燃燒，這樣所需要的燃油也較多，于是人們又想到了內(nèi)外函分開排氣，只使用外函排氣參加加力燃料的方案。但外函排氣的溫度比較低，所以組織燃燒相對(duì)的困難。當(dāng)前只有少數(shù)使用，通常是要求長(zhǎng)時(shí)間開加力的發(fā)動(dòng)機(jī)才會(huì)采用這種結(jié)構(gòu)。