军用民用航发差别有多大?美研发世界最强发动机,性能超歼20五倍
航空发动机作为高度复杂和精密的热力器械,可为航空飞机提供所需动力,因无可替代的重要性被誉为“飞机心脏”,它的性能、稳定性、经济性直接决定了飞机的整体表现。
目前世界上动力最强劲的航空发动机来自于美国的GE9X,2020年美国通用电气公司将此发动机推向市场,一经问世便是冠绝全球的存在。毕竟高达61吨的推力放眼整个航空发动机领域都是无人能敌,更是我国歼20战斗机的五倍推进力!
GE9X发动机的性能究竟有多强悍?它又将应用于哪些领域?我国的发动机与之相比差距如何?
(相关资料图)
世界工业的璀璨明珠
飞机飞向天空需要面临地心引力的重力和飞机自身重量两大难关,如何让发动机在保障自身强度不发生形变的情况下,进而提供所需的推进力?这个问题阻挡了科学家数十年之久,但最终还是得到了解决。
以普通客机为例,本身机身重量通常在百吨上下,加上飞机燃油和满乘客的情况下,重量通常能达到200吨左右。
如何在起飞时让飞机发动机瞬时产生强劲的推力,这对发动机的性能和稳定性设立了极高的门槛,让众多想要涉猎发动机领域的国家只能望而兴叹。
飞机发动机由三万多个精密零部件构成,其复杂的系统主要分为五大部分:进气道,压气机,燃烧室,涡轮和尾喷管。五大部件就像是人体内脏的主要器官,彼此间协同工作万无一失方能保证发动机的正常运行。
发动机进气道是集气装置,用于在不同工作状态下,保证以最小空气流动损失将足够空气引入压气机。压气机通过高速旋转的叶片对空气进行绝热压缩,提高压力为燃烧室的气体提供燃烧条件。
燃烧室的作用至关重要,它介于压气机、涡轮之间,核心作用是将压力空气和燃气掺杂燃烧,形成高温高压燃燃气。简单来说这就相当于人体的胃,用于消化提供能量,将燃油能量彻底释放。
涡轮将能量转化为机械能,这是航空发动机中工作环境最为恶劣的环节,扇叶需要保持高温高压高转速,来为飞机提供能量。
当涡轮产生的机械能传输至尾喷管,尾喷管早已在后方蓄势待发恭候良久了,它的作用是负责将涡轮产生的燃气能量加速膨胀,排出动能产生巨大推力,飞机经过这五种环节的循环往复最终得以成功升天。
这五个环节涉及到数万零部件,它们需要在保证组装设计万无一失的同时,拥有极强的耐用性,有相关要求至少达到上万个小时无出错。
也正是因为航空发动机制作步骤苛刻严谨,制造成本高昂,每个发达国家都不会将自己的研究成果外泄,均视若珍宝高度机密。
尽管各航空大国对于自身研发技术可能都有所保留,但目前世界第一依然毫无疑问当属美国,其麾下超过五万个专利占比全球36%,是航空领域内绝对的无人能及。
细数美国的先进航空公司,通用电气、道格拉斯、波音公司等都拥有技术超前、核心稳定、性能优越的优势,吞下了全球航空市场近80%的份额,是货真价实的龙头。
为了节省航行成本减少燃油,飞机在起飞时会想方设法的减少自身重量。比如飞机在起飞时不会保证满油状态,只会装载单程1.5倍的燃油量。其实这是有说法的,飞机满油会在发生事故时在落地造成严重大爆炸,极易造成二次伤害,1.5倍载油量能保证应对突发情况,也能减少航行成本。
大多数客机根据自身重量会选择配备2~4个10~50吨推力的发动机,然而这样的配置实际上燃油消耗是非常之大的。人们在研究时发现,如果在发动机推力上能取得突破,研制出一台大推力发动机,能极高的提升飞机飞行效率,降低航行成本。
于是2020年GE9X发动机便应运而生了。
强大的航空科技
波音777x是波音公司研制的新型大型客机,2020年1月25日于佩恩机场起飞,以三小时51分钟完美无瑕的飞行表现结束试飞,而在此之前波音公司还为发动机而感到斟酌不定、愁眉不展。
当时波音公司对777x的构造经过分析,得出所需发动机至少需要45.4吨的推力。面对多家公司提交的发动机方案,波音最终拍案定板选择了性能优越的GE9X,事实证明他们的抉择完全正确,因为迄今为止波音已经收获了数千亿美元的飞机订单。
波音777x满载重量344吨,每小时耗油量7吨,单机装配两台GE9X发动机。在GE9X的帮助下,波音777x可谓如鱼得水,上升角度几乎垂直于地面。
GE9X究竟有多强?它的出现证明了什么?
在过去的25年时间里,GE90一直占据着最强航空发动机的宝座,直到GE9X历经五千小时的循环测试后横空出世,堪才退居二位。
一台GE9X发动机的制造成本约为4140万美元(3亿人民币),由大小30多万个精密零件构成,它采用陶瓷基复合材料能提供更轻质的密度和更耐用的品质,在推力上也有创新般的成就。
GE9X的发动机主体包括1级风扇、3级低压压气机、11级高压压气机、燃烧室、2级高压涡轮和6级低压涡轮,风扇直径达到3.4米,这几乎和波音737的横截高度旗鼓相当,如果将GE9X的发动机直径和737客机进行对比,我们会发现这款发动机甚至比737还要高,波音737的机身直径也不过3.76米,GE9X进气道直径高达4.5米!
2019年12月7日,通用电气对GE9X进行了推力测试,测试结果显示发动机最大推力134300磅(约61吨)。
如此强悍的动力,是不是噪音嘈杂需要大量隔音装置呢?然而GE9X相较于前辈GE90分贝甚至还降低了9个点,这款发动机是全方位的进步,正如集团总裁兼首席执行官John Slattery自信满满的言论一样:要想创造出改变游戏规则的产品,例如GE9X发动机,就需要世界上最出色的喷气推进技术方面的人才。
同时这款发动机的出世也向我们证明,美国在发动机领域深耕多年,其技术积累的优势依然能领跑全球,哪怕中国也不例外。
中国现有民航客机领域的最大发动机型号为CJ1000A发动机,推力也不过12吨级别。放眼未来十年,与俄罗斯合作而制的CE929发动机推力也不过50吨,并且俄罗斯方保守估计这台发动机的现世需要15~20年的研发时间。
抛开民航领域,即使是我国的歼20战斗机,此前使用的发动机型号为涡扇10太行发动机,推力满打满算也不过13吨,此前网络盛传GE9X推力一台顶5台歼20发动机,客观角度而言也并非谣传。
当然了,不同领域的发动机进行对比本身就是流氓比较法,因为双方的侧重点明显不同。
民航发动机运行环境优越,自然可以肆无忌惮的提升性能和数据,然而战斗发动机更需要考虑爆发力和稳定性,毕竟它面对的是敌人层层阻截的雷达。目前世界最优秀的战斗机推力也不过15吨,军用方面双方差距并不明显。
世界航空在不断发展,各国技术在不断进步,但发动机领域美国依然是一骑绝尘,水滴石穿非一日之功、冰冻三尺非一日之寒,这是几十年来技术沉淀造就的成果。
作为发展中国家,我们不应为此沮丧,不应为此颓废,巨大的进步空间应该让我们感到兴奋和激励。以美国为标榜而提升自身,进而超越美国,才是中国未来几十年科技发展的正确道路,在此祝祖国日新月异、一飞冲天!
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