渦輪風扇噴氣發(fā)動機
在20世紀50年代,為了改進燃料效率和提高推力,促使制造商研究出了發(fā)動機內(nèi)的氣流分為涵道外流和核心流的新樣式發(fā)動機。羅爾斯•羅伊斯的康威(Conway)發(fā)動機是第一種涵道發(fā)動機,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(見圖片)。通用電氣公司生產(chǎn)的CJ805-23B,通過將風扇級附加到軍用J79發(fā)動機衍生型的后端成為美國第一種渦輪風扇發(fā)動機,但它的成功有限,僅為康維爾990飛機使用。
可調(diào)靜子葉片
早期的噴氣發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速,特別是在加速期間,容易發(fā)生壓氣機失速等運轉(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,當發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升時可以改變進口導向葉片和壓氣機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)代高涵道渦輪風扇發(fā)動機的基礎。
所向無敵的J79發(fā)動機
30年間制造了各種作戰(zhàn)飛機使用的J79發(fā)動機超過17,000臺,從洛克希德公司的F-104“流星”戰(zhàn)斗機和F-4“鬼怪”戰(zhàn)斗機到康維爾公司的B-58“浪子”和以色列航宇工業(yè)公司的“幼獅”。
GE公司J79發(fā)動機剖面圖所示的關鍵組件:1)進氣口;2)前齒輪箱;3)第1號軸承座;4)可調(diào)導向葉片作動器;5)17級壓氣機;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)進氣道導向葉片。
渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機
渦輪螺旋槳發(fā)動機利用燃氣輪機排氣流的能量,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)動機與渦輪螺旋槳發(fā)動機類似,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)動機有羅爾斯•羅伊斯公司的達特發(fā)動機(Dart)。
材料與設計
通用電器公司(GE)成功確認了在F414渦輪風扇發(fā)動機上使用輕質(zhì)陶瓷基復合材料(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)斗機用作戰(zhàn)發(fā)動機和其他應用中更多地采用先進的材料的大門。
高涵道比齒輪傳動渦輪風扇
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,它是通過一個齒輪系統(tǒng)將低壓渦輪和風扇連接起來。這個概念此前在霍尼韋爾的TFE731和LF502系列較低推力的發(fā)動機上取得成功,通過允許風扇以較低轉(zhuǎn)速工作而低壓壓氣機和渦輪以較高轉(zhuǎn)速工作,使發(fā)動機達到更高的效率。普惠公司的PW1000G齒輪傳動風扇發(fā)動機(上圖)目前包括3個主要型別和5個用戶,但預計在數(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)展未來的超高級風扇(UltraFan)高推力發(fā)動機。
先進的工作循環(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。該機構預計,準備在10年內(nèi)將兆瓦級的電動機作為50座飛機(turboelectric 50)的動力,并且在20年內(nèi)誕生100座的支線飛機。NASA計劃試驗證明常規(guī)非低溫和低溫超導電動機,以及針對混合動力和分布式電推進系統(tǒng)的電動力。