暴力美學，長相怪異的發動機

法律顧問：趙建英律師

大家認識這台長相怪異的轟戰機嗎？

它是俄羅斯圖95轟炸機，圖-95(ТУ-95)戰略轟炸機家族是前蘇聯圖波列夫飛機設計局研製的遠程戰略轟炸機，北約代號「熊」（Bear）。

設計上採用後掠機翼，翼上裝4台渦槳發動機，每台發動機驅動兩個大直徑反轉四葉螺旋槳。機身細長，翼展和展弦比都很大，平尾和垂尾都有較大的後掠角。

下面這個視頻拍攝了圖95轟炸機的逆天發動機是如何工作的，飛行時螺旋槳的關閉與啟動：

從視頻中大家可以聽到噪音比較大，據說工程師設計時把第一級槳葉設計的比第二級的直徑更大了一點，這樣被第一級槳葉加速的氣流在最外面的一層不會被第二級槳葉撕扯，這一層氣流包住了內部被撕扯的氣流，起到隔音作用，然而效果非常不理想。

這種發動機叫開式轉子發動機，也叫槳扇發動機。這種發動機不止圖95配有，俄羅斯安-70運輸機的發動機也是這種樣子。

還有安22發動機，讓我們近距離看一下：

除了俄羅斯，其它國家也有這種結構的發動機，下面這張圖是美國的GE36槳扇發動機。

開轉子的原理是把一個做功渦輪（不推核心氣流的壓氣機）的功率通過齒輪箱把軸功率分給兩個反向旋轉的螺旋槳，其中這個螺旋槳的外側如同超寬弦渦扇發動機的推力風扇一樣也是工作在周向超音速條件下。

當然對於發動機結構來說，也有雙軸的，兩軸壓氣，低壓軸帶低壓壓氣機同時帶螺旋槳，也有三軸的，兩軸壓氣，做功渦輪只帶螺旋槳，也有兩軸的單軸壓氣，低壓軸只帶螺旋槳，這裡不再展開。

下圖是另外一台羅羅公司的開轉子的半剖圖。

開式轉子發動機能在較高的飛行速度下保持較高的推進效率，它兼有渦槳發動機推進效率高、耗油率低和渦扇發動機飛行速度大的優點。

這種發動機其實還是備受關注的，美國國家航空航天局（NASA）、通用電氣公司以及波音公司，歐洲的羅羅（R-R）公司、賽峰集團發動機公司、空客飛機公司以及有關大學對開式轉子發動機開展了更為深入的研究。

下面這張圖是法國賽峰的開式轉子發動機：

具體的這台發動機我們分享了一個小視頻講解：

開式轉子發動機是賽峰集團面向2030年未來需求，為滿足飛機製造商而開發的推進系統的關鍵組成部分。與目前的CFM56發動機相比，油耗和二氧化碳排放量可降低30%。

開式轉子試驗台

開式轉子沒有像傳統發動機那樣在發動機外安裝短艙。去掉這個外殼會顯著增加冷空氣氣流，也就是說，發動機吸入和排出的空氣量會變大。因此，當飛機在保持與傳統發動機相同的飛行速度時，開式轉子發動機實際上降低了燃油消耗，減少了排放。

下面這張圖是幾種航發構型的巡航速度和油耗對比，以上一代中推商用航發為參考，PW1000G的齒輪減速渦扇發動機油耗降低20%，而飛行速度不變。開轉子的油耗和渦槳發動機一樣，遠低於渦扇，但是航速又遠快於渦槳發動機，介於渦槳渦扇之間。

正如我們文章開始前聽到的圖95發動機的噪音問題，開式轉子研究面臨的一個關鍵障礙是發動機雜訊不能處在常規渦扇發動機艙的水平。圖95也是唯一可以被美國在北大西洋設置的反潛艇聲吶網捕捉到的飛行器。

上圖為NASA用流體力學（CFD）對開轉子外涵道做的模擬

開式轉子發動機的雜訊源非常複雜，如下圖所示。

由於開式轉子發動機的涵道比大，噴流速度低，核心機有短艙屏蔽，噴流雜訊和核心機雜訊不是問題；其最大雜訊主要來自於對轉槳扇葉片。雖然存在一定的寬頻帶雜訊，但開式轉子產生的最大雜訊主要受音調雜訊控制。人耳對音調雜訊和寬頻帶雜訊的反應不同，典型的帶音調成分的雜訊比單純寬頻帶雜訊更令人煩惱。

針對噪音問題，各大航空公司從發動機布局、葉片形狀設計都下了不少功夫，賽峰集團發動機公司、英國羅-羅公司和美國GE公司一致認為「雜訊已不是開式轉子的障礙」。

End

來源：直觀學機械整理，歡迎轉載

參考資料：航空知識、航空微讀、兩機動力控制

評論處大家可以補充文章解釋不對或欠缺的部分，這樣下一個看到的人會學到更多，你知道的正是大家需要的。。。

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