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推重比
鎖定
- 中文名
- 推重比
- 外文名
- Thrust-to-Weight ratio; Thrust/Weight
- 適用領域
- 飛機/航空發動機
- 原 理
- 噴氣發動機或飛機單位重量的推力
- 應 用
- 決定飛機戰術技術性能的參數之一
- 影 響
- 飛機的飛行性能和有效載荷等
目錄
推重比定義
飛機使用的噴氣發動機在水平面上的最大推力和發動機的淨重之比,稱為飛機發動機的推重比。
飛機在海平面最大靜推力與飛機起飛重量之比,稱為飛機的推重比。
推重比性質
噴氣發動機產生的推力和所在海拔高度相關,同時飛機自重的計算也沒有統一標準,因此推重比在不同情況下的計算會產生不小差異。
增大推重比有兩個途徑,減小飛機自重,採用更輕的材料製造,或者是增大發動機的推力。
推重比應用
推重比是一個綜合性的性能指標,它不僅體現噴氣發動機在氣動熱力循環方面的水平,也體現了結構方面的設計水平。它對於飛機的飛行性能和有效載荷等都有直接影響。飛機的最大平飛速度、爬升率、升限、機動性等都與飛機推重比有關。噴氣發動機推重比的跨越往往會帶來新一代戰鬥機的出現。
現代渦輪噴氣發動機的推重比約為3.5~4.0;加力渦輪噴氣發動機約為5.0~6.0;加力小涵道比渦輪風扇發動機的推重比已達到並超過 8.0;高性能的加力式渦輪風扇發動機的推重比可達12~15;用於垂直起落的升力發動機則高達16以上
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。進一步提高推重比是噴氣發動機發展的一個重要趨勢,例如升力發動機正向20~24發展,衝壓發動機在2~3倍音速時,推重比在20左右。液體火箭發動機的推重比隨發動機特點和推力等級不同相差很大。對中等或大推力發動機來説,以不包括推進劑的結構重量(力)計,推重比可達70~100。固體火箭發動機除用推重比外,還用衝量比,即總衝量與裝有藥柱的固體火箭發動機重量(力)之比。中國的WS10推重比大概是8左右,WS15推重比可以達到10;美國F-14戰鬥機使用的F110推重比大約是7-8,F-22戰鬥機使用的F119可以達到10,而F-35戰鬥機使用的F135大概是10-12;通用的VAATE項目推重比可達12-15,而GE VAATE項目據説可達20.
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現代戰鬥機的飛機推重比可達 1~1.25;轟炸機則為0.25~0.50。
推重比推重比影響因素
在當代高性能發動機參數的基礎上,依靠氣動熱力學的進步和配以相應材料、工藝技術,發動機推重比可達到約12;進一步依靠發動機部件設計技術的提高,減少葉片機級數、採用整體葉盤結構、高通流設計,可使發動機推重比達到13~14左右;要想使推重比達到15,還需採用強度高、比重小的非金屬和金屬複合材料。將影響小涵道比的加力渦扇發動機推重比的因素作如下整理。
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推重比發動機總體循環參數對推重比的影響
1、渦輪進口温度的影響,提高渦輪進口温度,能有效地提高推重比,但這帶來兩大技術問題:(1)如仍使用當代高性能發動機渦輪材料,則渦輪葉片平均冷卻效率要求達到約0.738,提高約12%,使渦輪冷卻設計非常困難;(2)由於渦輪進口温度的提高,為保證內、外涵參數匹配,必需提高風扇壓比,減小高壓壓氣機壓比,使風扇的平均級負荷增加約9%,增加了風扇和低壓渦輪設計難度。
2、發動機總增壓比的影響,純提高總增壓比,並不能提高推重比,在高增壓比下,推重比反而下降,由於總增壓比的提高,需要的壓氣機/渦輪功增加,可用於產生推力的燃氣機械能相對比例下降。
推重比部件氣動、熱力設計技術對推重比的影響
1、部件效率的影。提高部件效率儘管可以使油耗有所下降,但對增加推重比並不很明顯。
2、渦輪冷卻設計的影響。減少用於渦輪冷卻的空氣量,可以有效地提高推重比,但極限情況下,即完全不用冷卻,也只能使推重比達到11左右,但這對渦輪的設計,渦輪的可靠工作帶來極大困難。
3、高通流設計的效果。提高進口氣流速度,可以提高單位流通面積的流量,從而減小進口直徑,減輕重量,提高推重比。
推重比結構設計技術的進步對推重比的影響
要保證上述氣動熱力參數的實現,結構設計技術相應應有所提高。
推重比料工藝的進步對提高推重比的影響
了實現氣動、熱力、部件設計,結構減重等技術進步,必須有材料的相應支持,適合於推重比12~15發動機的材料應該是:
1、耐高温材料;
2、高比強度和高比剛度;
- 參考資料
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- 1. 中國有望10年後首先造出推重比達15的航空發動機(1) .中華網.2013-06-21[引用日期2016-05-21]
- 2. 王雲.航空發動機原理.北京:北京航空航天大學出版社,2009年3月第一版:82
- 3. 中國有望世界最先演示推重比達15的航空發動機 .鳳凰網.2013-06-21[引用日期2014-01-31]
- 4. 推重比12~15發動機技術途徑分析 .知網[引用日期2016-11-20]
- 5. 推重比15一級發動機有關總體性能 的關鍵技術和難點分析 .知網[引用日期2016-11-20]
- 6. 推重比10一級發動機的材料和工藝分析 .知網[引用日期2016-11-20]