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军用和民用航空发动机到底有什么区别

航空发动机作为工业皇冠上的明珠,在很多人眼里甚是神秘,而且作为一项横跨军民两界的机械产品,军用航空发动机和民用航空发动机到底有什么区别呢

先说几个错误的答案

对于军用发动机和民用发动机有什么区别,很多人都有自己的答案,但是正所谓外行看热闹、内行看门道,这些答案虽然有一定的道理,但是都是片面的、不正确的,我们先来列举几个错误答案:


错误1 军用发动机有加力燃烧室,民用发动机没有。

这个答案是不对的。比如说,美国的C-5银河运输机使用的动力TF39发动机,身为一款军用发动机却没有加力燃烧室;相反,协和飞机是一款民用飞机,其装配的“奥林匹斯593”发动机却是一款由加力燃烧室的涡喷发动机。

军用和民用航空发动机到底有什么区别?

↑C-5银河运输机的发动机就没有加力燃烧室↑

军用和民用航空发动机到底有什么区别?

↑协和客机的发动机有加力燃烧室↑

错误2 军用发动机高速性能好、直径小、费油;民用发动机高速性能差、直径大、省油。

这个答案也是不对的。比如说很多军用运输机使用的涡桨发动机,高速性能比客机使用的大涵道比涡扇发动机高速性能更差,但是却要比同时代的民用航空发动机更加省油。

军用和民用航空发动机到底有什么区别?

↑装有涡桨发动机的C-130运输机↑

那么为什么这些答案是错的呢?最主要的原因就是:很多人认为,军用飞机都是使用的小涵道比涡扇发动机或者涡喷发动机,而民用飞机都是使用大涵道比涡扇发动机,以上的两个错误答案,本质上说的是涡喷发动机和涡扇发动机之间的区别,而实际上,涡喷/涡扇/涡桨等等发动机,在军用和民用领域均有应用,所以这些差别不是军用发动机和民用发动机之间的区别。

 

那么同一个种类的发动机,民用发动机和军用发动机有什么区别呢?

 

军用/民用发动机的区别主要看内功

飞机发动机设计的第一步骤,就是要了解飞机的飞行任务剖面。如下图所示,就是一款强击机的飞行任务剖面。由于飞机任务的区别,他们在飞行过程中所做的机动动作以及发动机运转的状态有很大的区别。

军用和民用航空发动机到底有什么区别?

↑飞机任务剖面↑

而这些飞行任务剖面需要转换成飞机发动机的载荷谱,在载荷谱的指导下,工程师们才能设计和考核飞机发动机。显然,由于飞行任务的不同,对每台发动机的要求也是不同的。比如说在涡扇航空发动机设计准则上,用于军事用途和民用用途的发动机有这样的一条区别:

军用发动机要能够承受3.5rad/s的机动载荷,而民用发动机只需要承受1.5rad/s的机动载荷。

军用和民用航空发动机到底有什么区别?

↑军用飞机表演高机动飞行↑

这句话中,3.5rad/s和1.5rad/s都是说的飞机在做机动飞行时候的角速度,军用飞机因为要做战术机动动作,所以自然要能够承受更为巨大的机动载荷。而在这条考核指标的指导下,虽然同样是小涵道比涡扇发动机,但是用在军事用途上和用在民用用途上的发动机会有如下的区别:

 

三点区别

军/民发动机

军用发动机中的很多结构要更“粗”,更“结实”一些,这样才能够承受得了这么苛刻的机动飞行载荷;

军用发动机转子叶片和机匣之间的间隙要相对大一些,这样飞机在做机动飞行的时候,旋转的叶片才不容易碰上不旋转的机匣;

因为军用发动机转子叶片的尖端和机匣之间的间隙变大了,会导致发动机效率会下降很多,导致军用涡扇发动机要更耗油一些。

所以军用发动机和民用发动机确实有性能、经济性方面的差别,但是这些差别只是表象,因为民用发动机也希望有更强劲的性能、用更少的发动机驱动更加庞大的机体,军用发动机也希望有更高的经济性、用更少的油获得更远的航程,但是因为设计标准的取舍,这才造成了军用和民用发动机之间的不同倾向性。

而真正隐藏在表象之下的,其实是不同的设计标准,这些才是决定军用/民用发动机之间区别的本质。

最后,只要能够通过考核,军用发动机转民用、民用发动机转军用,也是屡见不鲜,比如说著名的CF-6系列发动机,不仅在波音747、757、767,空客300、310、330等民用客机上使用,同时也在C-5军用运输机上使用。

再举个例子

 

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军用和民用航空发动机到底有什么区别?

 

军用和民用航空发动机到底有什么区别?

 



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比如说著名的F-35战斗机上的发动机F135有复杂的升力风扇结构,你在民用发动机上很难看到。

军用和民用航空发动机到底有什么区别?

↑F-35战斗机使用的F135发动机↑

那么是不是可以说,有升力风扇就是军用发动机和民用发动机之间的区别呢?经过上面的解释读者朋友们可能也知道答案了:这不是军用发动机和民用发动机之间的区别。

军用和民用航空发动机到底有什么区别?

↑民用垂直起降飞机↑

因为未来某一天,也许民用客机也可以垂直起降,到时候类似的升力风扇到时候同样会出现在民用发动机上。但是因为飞行任务的不同,民用发动机上的升力风扇虽然看起来跟军用发动机上的升力风扇差不多,但是无论是在结构强度、安全性设计方面,一定会存在诸多差异。

这个例子同样告诉我们:军用、民用发动机不能单单看外在的样式,而要看内在的设计要求