基本介紹
- 中文名：螺旋槳-風扇技術
- 外文名：Propeller fan technology
- 套用對象：螺旋槳風扇發動機
- 組成：螺旋槳-風扇、燃氣發生器
- 優點：經濟性好、燃料消耗率低
- 缺點：產生的振動和噪聲較大
發展歷史,結構原理,相關產品,
發展歷史
螺旋槳風扇發動機是一種介於渦輪風扇發動機和渦輪螺旋槳發動機之間的一種發動機形式，其目標是將前者的高速性能和後者的經濟性結合起來。
按有無涵道，可分為開式轉子和涵道轉子兩類；按有無減速器，可分為帶減速器和無減速器兩類；按涵道比值大小，可分為涵道比為40~50或更高的槳扇發動機以及涵道比為20左右的超高涵道比槳扇發動機。安裝在飛機尾部的螺旋槳風扇發動機為推進式的，安裝在機翼前部的為拉進式的。由螺旋槳風扇、減速器(渦輪直接帶動的無減速器)、壓氣飢、燃燒室、渦輪及噴管等組成。螺旋槳風扇是先進的超音速葉型、大後掠、短寬犁的多槳葉的推進器，分為帶槳罩的和不帶槳罩的、單排的及雙排對轉的。
螺旋槳風扇發動機是由渦輪螺旋槳發動機發展而來的，它融合了先進的螺旋槳技術與現代的渦輪風扇技術，兼具渦槳和渦扇發動機兩者的優點，經濟性好，燃料消耗率比現代渦輪風扇發動機低20%以上，適於高亞音速(馬赫數為0.8~0.9)飛行。此種發動機的研製始於20世紀70年代，90年代取得重大進展，如烏克蘭研製的D-27型螺旋槳風扇發動機已於1994年底在安-70運輸機上進行試飛。其後發展迅速。可供民用客機選用的螺旋槳風扇發動機有GE.36UDF和PW-Allison-578DX、HK-93等。
結構原理
螺旋槳風扇發動機由燃氣發生器和一副螺旋槳-風扇(槳扇)組成。槳扇由渦輪驅動，無涵道外殼，裝有減速器，從這些來看它有一點像螺旋槳；但是它的直徑比普通螺旋槳小。葉片數目也多(一般有6~8葉)，葉片又薄又寬，而且前緣後掠，這些又有些類似於風扇葉片。其結構原理如右圖所示。
根據渦輪風扇發動機的原理，在飛行速度不變的情況下，涵道比越高，推進效率就越高，因此現代新型不加力渦輪風扇發動機的涵道比越來越大，已經接近了結構所能承受的極限；而去掉了涵道的渦輪螺旋槳發動機儘管效率較高，但由於螺旋槳的速度限制無法套用於馬赫數0.8~0.95的現代高亞聲速大型寬體客機，套用螺旋槳風扇技術的螺旋槳風扇發動機的概念則應運而生。
由於無涵道外殼，螺旋槳風扇發動機的涵道比可以很大，達到100，這是渦輪風扇發動機所望塵莫及的，將其套用于飛機上，可將高空巡航耗油率較目前高涵道比輪風扇發動機降低15%左右。
同渦輪螺旋槳發動機相比，螺旋槳風扇發動機的可用速度又高很多，這是由它們葉片形狀不同所決定的。普通螺旋槳葉片的葉型厚度大以保證強度，彎度大以保證升力係數，從剖面來看，這種葉型實際上就是典型的低速飛機的機翼剖面形狀，它在低速情況下效率很高，但一旦接近聲速，效率就急劇下降，因此裝有渦輪螺旋槳發動機的飛機速度限制在馬赫數 0.6~0.65左右；而螺旋槳-風扇的既寬且薄、前緣尖銳並帶有後掠的葉型則類似於超聲速機翼的剖面形狀，這種葉型的跨聲速性能就要好得多。在飛行速度為馬赫數0.8時仍有良好的推進效率，是目前新型發動機中最有希望的一種。
當然，螺槳風扇發動機也有其缺點，由於轉速較高，產生的振動和噪聲也較大，這對舒適性有嚴格要求的客機來講是一個難題。另外，暴露在空氣中的螺旋槳-風扇的氣動設計也是目前研究的難點所在。
相關產品
HK-93槳扇發動機
HK-93槳扇發動機生產廠商為俄羅斯國營薩馬拉“勞動”科研生產聯合體，裝機對象為伊爾-96M和圖-204旅客機。HK-93是當今世界上最大的一種槳扇發動機。其三轉子齒輪傳動對轉涵道槳扇方案是在中央航空流體力學研究院、中央航空發動機研究院和一些飛機設計局的參與下，對燃油效率、起飛推力級和發動機在飛機上的布局等進行了大量的研究基礎上提出來的。
發動機參數研究開始於1985年，研究結果表明，兩級對轉涵道槳扇的推進效率比開式槳扇和單級高涵道比渦扇發動機高出7%。1988年開始初步設計，1989年12月，第一台發動機(包括燃氣發生器和槳扇)投入試驗。此時已積累近600 h的高壓轉子和燃氣發生器運轉試驗。至1991年8月1日共積累1 300 h部件和整機試驗，1993年又達到2 500 h。飛行試驗計畫於1994年在伊爾-76飛機上裝一台HK-93發動機開始進行。發動機的定型後批生產計畫於1997年開始。
HK-93發動機的研製吸取了該設計局以前的許多發動機的技術和經驗，如HK-12渦槳發動機的大功率減速器。NK-321加力渦扇發動機的風扇傳動方案、HK-62開式槳扇、HK-63涵道槳扇和HK-110開式槳扇驗證機及其AB-90型槳葉的經驗。
為了達到排氣污染和噪聲標準，在研製中進行了大量試驗。該聯合體在1987~1992年對燃燒室進行了920次試驗，採用雙區多噴嘴燃燒室方案，1994年HK-93的氧化氮排放量低於國際民航組織的標準25%。在消聲方面，採用適度的葉片切線速度和級壓比、寬弦長馬刀形葉片、大的葉片排間軸向距離和消聲內襯等措施。試驗結果表明這些措施是有效的。
