螺旋桨风扇技术主要用于制造螺旋桨风扇发动机,是一种 涡轮 驱动 螺旋桨 风扇产生主要推力(或拉力)及喷管排出的燃气产生辅助推力的 燃气涡轮发动机 。简称 螺旋桨扇发动机 。
的经济性结合起来。
按有无涵道,可分为开式转子和涵道转子两类;按有无减速器,可分为带减速器和无减速器两类;按涵道比值大小,可分为涵道比为40~50或更高的桨扇发动机以及涵道比为20左右的超高涵道比桨扇发动机。安装在飞机尾部的螺旋桨风扇发动机为推进式的,安装在机翼前部的为拉进式的。由螺旋桨风扇、减速器(涡轮直接带动的无减速器)、压气饥、燃烧室、涡轮及喷管等组成。螺旋桨风扇是先进的超音速叶型、大后掠、短宽犁的多桨叶的推进器,分为带桨罩的和不带桨罩的、单排的及双排对转的。
螺旋桨风扇发动机是由涡轮螺旋桨发动机发展而来的,它融合了先进的螺旋桨技术与现代的涡轮风扇技术,兼具涡桨和涡扇发动机两者的优点,经济性好,燃料消耗率比现代涡轮风扇发动机低20%以上,适于高亚音速(马赫数为0.8~0.9)飞行。此种发动机的研制始于20世纪70年代,90年代取得重大进展,如乌克兰研制的D-27型螺旋桨风扇发动机已于1994年底在安-70运输机上进行试飞。其后发展迅速。可供民用客机选用的螺旋桨风扇发动机有GE.36UDF和PW-Allison-578DX、HK-93等
螺旋桨风扇发动机由燃气发生器和一副螺旋桨-风扇(桨扇)组成。桨扇由涡轮驱动,无涵道外壳,装有减速器,从这些来看它有一点像螺旋桨;但是它的直径比普通螺旋桨小。叶片数目也多(一般有6~8叶),叶片又薄又宽,而且前缘后掠,这些又有些类似于风扇叶片。其结构原理如图1所示。
根据涡轮风扇发动机的原理,在飞行速度不变的情况下,涵道比越高,推进效率就越高,因此现代新型不加力涡轮风扇发动机的涵道比越来越大,已经接近了结构所能承受的极限;而去掉了涵道的涡轮螺旋桨发动机尽管效率较高,但由于螺旋桨的速度限制无法应用于马赫数0.8~0.95的现代高亚声速大型宽体客机,应用螺旋桨风扇技术的螺旋桨风扇发动机的概念则应运而生。
由于无涵道外壳,螺旋桨风扇发动机的涵道比可以很大,达到100,这是涡轮风扇发动机所望尘莫及的,将其应用于飞机上,可将高空巡航耗油率较高涵道比轮风扇发动机降低15%左右。
同涡轮螺旋桨发动机相比,螺旋桨风扇发动机的可用速度又高很多,这是由它们叶片形状不同所决定的。普通螺旋桨叶片的叶型厚度大以保证强度,弯度大以保证升力系数,从剖面来看,这种叶型实际上就是典型的低速飞机的机翼剖面形状,它在低速情况下效率很高,但一旦接近声速,效率就急剧下降,因此装有涡轮螺旋桨发动机的飞机速度限制在马赫数 0.6~0.65左右;而螺旋桨-风扇的既宽且薄、前缘尖锐并带有后掠的叶型则类似于超声速机翼的剖面形状,这种叶型的跨声速性能就要好得多。在飞行速度为马赫数0.8时仍有良好的推进效率,是新型发动机中最有希望的一种。
当然,螺桨风扇发动机也有其缺点,由于转速较高,产生的振动和噪声也较大,这对舒适性有严格要求的客机来讲是一个难题。另外,暴露在空气中的螺旋桨-风扇的气动设计也是研究的难点所在。