飛機發動機為什麼那麼耐用?
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飛機發動機為什麼那麼耐用
飛機發動機麼動力肯定猛了,但目前汽車發動機的動力也夠用了。
你就好像說家裡正常大小的鐵鍋燒菜麼夠3個人吃了,你再換個特大号的也沒有什麼必要,道理一樣一樣。
而且飛機發動機在汽車上面用,還真的有很多不合适的地方。
飛機發動機和汽車上的有什麼不一樣?- 結構不一樣
汽車上用的發動機,通常是往複式的或者叫做活塞式的發動機,它是由幾個氣缸依次點火,這麼推動活塞上下運動的這種發動機。
飛機不一樣的,不管是渦輪噴氣發動機,還是渦輪風扇發動機,還是渦輪螺旋槳發動機,它都屬于“燃氣輪機”。
它這個結構和汽車上的活塞發動機不一樣的,它沒有這種往複運動的活塞的。
- 燃氣發動機原理類似風車
燃氣輪機它主要的核心部件是壓氣機、燃燒室、燃氣渦輪。它這個原理,是通過壓氣機把空氣吸進來,和油料混在一起。
在燃燒室燃燒之後,變成高溫高壓的高流速的氣流,再用氣流推動燃氣渦輪來輸出動力。
簡單來說,就和我們常見的風車是差不多的,「呼」吹下風車不是轉了嘛。
你吹一下,就是壓氣機和燃燒室制造出來的大風,然後吹動的,就是這個燃氣渦輪,它相當于就是風車了。
- 燃氣輪機體積比活塞發動機小
從原理上來看,燃氣輪機輸出的是旋轉的動力,它是不需要像汽車上的活塞發動機這樣。
原本是上下動,要通過連杆、曲軸一大堆東西,把活塞的上下變成旋轉,所以說它就有很高的比功率。
換句話說,做到一樣功率輸出,這個燃氣輪機的體積、重量,可以比活塞發動機小很多。
一般情況下,同等功率的燃機體積,是柴油機的三分之一到五分之一,和螞蟻一樣的,典型的就是塊頭小、力氣大的那種。
- 49680馬力的柴油發動機比飛機都大
舉個例子,通用動力公司生産的LM2500發動機,大小和普通航空發動機差不多的。
大概也就是家裡那樣的衛生間,2、3個連在一起那麼大,47370匹馬力的動力。
對比之下,這個國産49680馬力的柴油發動機,長15.6米,高12.4米,有3、4層樓那麼高了。
1253噸的這個體重,相當于7、8架波音747、空客A340這種空中巨無霸的重量,就發動機比飛機都大了。
- 燃氣輪機更适合在高空中工作
除了重量輕之外,燃氣輪機天生也是比活塞發動機,更适合在空氣稀薄的高空中工作的。
我們都知道,燃燒和呼吸一樣,是需要氧氣的。海拔一高,「呵」這個氣就喘不過來。
人會有高原反應,發動機也會因為吸不上空氣産生高原反應的,動力會下降。
燃氣輪機的優勢就在于,天生帶有壓氣機的。你就好像說燃氣輪機天生就帶了個高壓氧面罩的,它不會說在很高的地方就缺氧,頭暈的掉下來的,沒這事兒。
- 燃氣輪機的氣壓是活塞發動機比不了的
而且,這個壓氣機還非常的大,大多數是采用多級增壓結構的,你就像漢堡一樣的,一層一層疊在一起組成了一個Big Mac。
每一級它都有動、靜兩排風扇。目前比較先進的民用渦輪風扇發動機,總增壓比可以超過40。
也就是經過壓氣機多級加壓之後,這個氣壓比加壓之前要高40多倍。
活塞發動機就算加個渦輪增壓器,也是沒有辦法比的,這個也是飛機基本淘汰活塞發動機的重要原因之一了,高,沒氣。
- 燃氣輪機對燃料的要求低
燃氣輪機原理上看起來不是挺簡單,空氣從圓筒的一端進來,和油混合在一起,再從另外一端,高速的排出去不就可以了。
不用像這種“高貴的”活塞發動機一樣,要吸氣、壓縮、燃燒、再排氣,還要配合活塞的這種運動頻率。
加錯個汽油标号,搞了不好還會産生燃燒和活塞運動不同步,引起震爆了什麼的,簡直就感覺這窮人家的孩子有口飯吃就可以了,各種不挑。
有統計數據的,燃氣輪機支持的各類液體、氣體燃料多達50多種以上,甚至有用香奈兒香水、墨西哥龍舌蘭酒,當油燒的這種例子都是有的,不挑食。
為什麼汽車不用飛機發動機?汽車為什麼不用,原因就在于除了剛才說的幾個優點之外,燃氣輪機也有很多地方不如活塞發動機的。
- 燃氣輪機油耗相當的高
燃氣輪機的經濟轉速範圍是非常非常窄的,隻有在高轉速下的很小一塊區域才有經濟轉速的,這個經濟轉速的範圍之外,全部非常費油。
有的這種燃氣輪機,怠速時的油耗,能達到全力運轉時的80%左右,基本上就是隻會跑高速的這麼一個玩意。
慢跑、競走通通不會的,跳也不可能。那麼就算是在經濟轉速下,燃氣輪機油耗也比普通活塞發動機要高得多。
舉個例子,坦克,兩個坦克。美國的這個M1A1主戰坦克,用的是1500馬力的燃氣輪機。
德國的豹二型坦克用的是柴油發動機,也是1500馬力,兩個本身重量差不多,但是M1A1的坦克油耗,比豹二型坦克高3倍。
- 油門的響應也是特别的慢
除了油耗,燃氣輪機的油門響應也是很慢的,也就是說給油之後,到發動機轉速提起來,全力運轉是要很多時間的。
就好像我們平時經常調侃朋友說,它反射弧特别長的,燃氣輪機的反射弧就是特别長,踩油門,「嗯」走,再走,你持續按着油門了,是這樣的。
不少空難事故,其實最後關頭飛行員已經反應過來了,已經給上全油門想要把這個飛機,「啊」給拉起來了,發動機響應很慢還是掉下去了。
如果說車上你裝個燃氣輪,等紅燈的時候,城市裡面走走停停、走走停停,你要吐血了我跟你說。
- 活塞發動機的響應能做到一秒以内
相對的來說,活塞發動機的油門響應已經是快很多了,不說自然吸氣發動機,就是不少優秀的渦輪發動機,響應時間都能做到1秒以内的。
你比如說法拉利488GTB,響應時間隻有0.8秒,踩下去随叫随到,飛機就不行。
- 變負荷情況下容易引發喘振
除了油門響應慢之外,燃氣輪機在負荷經常波動、進氣氣流流速、氣壓不穩定的時候,非常容易引發喘振,造成發動機損壞了。
簡單的來說就是速度時快時慢、發動機轉速時高時低的時候,很容易造成壓氣機轉動的速度和氣流不匹配。
發動機内部就是一堵空氣做的牆,空氣一下子過不去,彈了回來了,嚴重的時候,甚至會把葉輪的葉片全部打壞。
- 燃氣輪機不适合汽車
就像我們喝可樂喝的太急了,有股氣從肚子裡沖上來了,打嗝,有時候打嗝還打不好,把可樂還噴出來了,就是大概這麼個意思。
所以綜合的來說,燃氣輪機還是适合飛機、輪船,這種長時間固定在高轉速巡航的交通工具上的,汽車,反而不如活塞的好。
- 工作環境惡劣,材料成本高
燃氣輪機工作的時候,它轉速和核心溫度都比活塞發動機高很多的。
你比如說,飛機上用的航空發動機,燃氣渦輪的轉速每分鐘1萬轉以上,溫度1500度,而活塞日常就一、兩千轉,幾百度的溫度,相差一個量級了。
這個就對材料強度有很高的要求了,目前制造渦輪的頂級材料,所能承受的溫度,也就1000度左右。
光材料本身都滿足不了,你還要靠葉片的這個特殊設計,就相當于給渦輪葉片上穿上一層防火服,讓它在旋轉的時候表面産生一層,隔熱的氣膜。
反正就是很複雜,你如果想要在汽車上裝燃氣輪機,給汽車帶來的額外的這種研發和制造成本,相當的厲害了,我甯可好用點、便宜點。
- 污染物排放也很嚴重
溫度高,剛才這麼說了,除了對材料要求之外,這溫度高還會帶來污染物排放嚴重的這麼一個副作用。
因為氮氧化物的排放和溫度是呈指數相關的,你溫度越高,這污染物排放就越嚴重。
全世界都在講什麼節能、減排是吧,燃氣輪機也很難被搬上汽車了,飛機要不要換其他的,無非大家想不到好辦法而已。
曆史上有用過飛機發動機的汽車嗎?曆史上确實是有一些車企,嘗試過給汽車裝上飛機用的燃氣輪機的。
- 部分車企嘗試過
你比如說英國的羅孚,早在上世紀50年代就做出過,裝配燃氣輪機的JET 1.0。
克萊斯勒也不甘落後,經過多年開發,在60年代生産過數十輛裝配燃氣輪機的,Chrysler Turbine Car。
這個車裝配的A-831發動機,怠速轉速,怠速轉速每分鐘18000轉到22000轉。
在36000轉的時候,可以輸出130馬力,576牛米,當時算是很出色的動力數據的,甚至扭矩輸出放到現在,也比大多數家用車強。
不過這款車最後還是不能滿足排放法規,燃油經濟性暴差停産了。
- 但最終都因為一些原因而失敗
1967年美國商務部還專門來了個報告說燃氣輪機不适合汽車的。所以你看前面搞幾個的,是不是都倒閉過。
不說車,甚至還有人把燃氣輪機搞到摩托車上去了,美國MTT公司,就生産過裝配燃氣輪機的Y2K型摩托車。
發動起來的聲音就和飛機是一模一樣的,我估計那個時候喜歡的人不得了,總的來說,現在全都消失不見了。
- 但在未來可能會應用
最近幾年,也有些車企對燃氣輪機有研究,你比如說捷豹,就推出過采用燃氣輪機的C-X75跑車。
這個車子燃氣輪機它不是直接驅動汽車的,是驅動電機發電,靠電動機來帶動車子的。
電池充足的時候,發動機就暫停工作,缺電了,在持續工作一段時間,成功避開燃氣輪機不适合變負荷工作的這麼一個缺點。
燃氣輪機不挑食,說不定汽油消失之後,看到有這種燒清潔燃料的這種燃氣輪機和電機組合的新型車,說不定也是未來的一種新的這種方向了,當然香奈兒倒進去确實有點貴。
汽車如果用核動力會怎麼樣?除了燃氣輪機,不少船舶軍艦都用上核動力。什麼輪機不輪機的,我燃料一加,半年、一年,甚至幾十年都不用加燃料。
這麼好的東西用在汽車上會發生什麼事情?以前有沒有搞過這種東西?
飛機發動機、核動力,這些稍微離我有點遠,市面上這些新能源車到底好不好賣?如果政策全部都取消,它還有多大的競争力?
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