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复合材料发动机,看走马灯的传奇发展史

 法律天空馆 2014-09-29


2014年09月28日 14:34
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你见过走马灯么?就是里面有各种画面转着圈闪动的那种。现在的走马灯多是里面装了马达驱动的“冒牌货”,而历史上正宗的走马灯却是一台地道的“燃气涡轮发动机”呢。

回溯千年找祖宗

传说在五代十国的时候,有一位叫做莘七娘的女军事家,从灯笼上升起的腾腾热气中受到启发,在灯笼内装上了一个可以旋转的圆盘,周围插上人像、马等图案,以代表各种军事术语,就制成了最初的走马灯。

到了1629年,意大利人G.de布兰卡提出了一种在当时来说创新的想法,即可以制造一种通过蒸汽冲击叶片而旋转的转轮。不过,这个旋转的轮子只能算是蒸汽轮机的鼻祖,因为它是以蒸汽作为工作介质的。又过了400年,英国人弗兰克·惠特尔也许是看到了走马灯的高效率(燃气直接推动扇叶),设计出了真正意义上的燃气涡轮发动机,并于1930年取得了专利。 11年后,他的燃气涡轮发动机第一次飞上了天,这就是现代涡轮喷气发动机的基础。

走马灯比喷气发动机,只少一个部件

现代涡轮喷气发动机的原理和走马灯几乎一样,灯内蜡烛燃烧产生向上的热气流,热气从轮轴叶片上划过,推动带有叶片的轮轴转动,然后热气自然的向上飘散。现代涡轮喷气发动机的“蜡烛”就是燃烧室,燃料和空气在这里混合燃烧,向后喷射在带有叶片的涡轮上,驱动涡轮高速转动。你可能要问,燃烧室喷出的气流,为什么不会向其他方向喷射,比如向前?除了燃烧室的结构原因外,主要是因为涡喷发动机的最前端有“空气压缩机”,它像一个有很多层扇叶的风扇(轴流式压气机),把空气从燃烧室前端吹进去,因为前边的压力大,爆燃后产生的气体自然向后面跑了。这燃气的威力,可比蜡烛燃烧的热气猛得多。燃气推动涡轮的转动,通过一根转轴传递到燃烧室前面的空气压缩机,一点也不浪费,剩余的能量,就向后猛烈的喷出吧。

推动人类进步的动力涡轮

很多古代一脉相承的技术应用,甚至是玄幻传说,都已经被现代科技包装成不可思议的现实产品,改变着我们现在的生活。像走马灯这样“古已有之”的玩意儿还有很多。要把看似简单的原理制造成经久耐用的产品,除了奇妙的想象力、理论科学的积累,更需要制造工艺的进步和一大批商业化公司的推进。

在喷气发动机方面,虽然现代涡轮喷气发动机并不是由GE公司创造的,但GE却制造了目前世界上推力最大的喷气发动机——GE90-115B涡轮风扇发动机,它直径达到3.42米,最大推力达到127,900磅(约58吨)。现代“走马灯”——燃气涡轮发动机不再是纸糊的,每分钟几万转的涡轮、压气机叶片通常使用钛合,而GE90发动机的单级大直径风扇叶片是采用更加轻质、坚固的复合材料制造。不过话说回来,纸也是一种复合材料哦,这也是一种技术的传承吧。

你可能想象不到,从走马灯“演化”而来的燃气涡轮发动机,是现在世界上应用最广泛的动力系统。从天上飞的、地面上跑的、海洋里游的到发电厂、矿山……到处都有燃气涡轮发动机的身影:

陆战之王——坦克的动力:

同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一,是蒸汽轮机的五分之一到十分之一。这让它成为当今先进战车的首选。

快速而安静的船舶:

燃气轮机与常见的汽油机、柴油机等内燃机相比,由于燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构造,体积小、功率大,振动小、噪声低,非常适合船舶的要求。

高效能的发电厂:

燃气轮机的热效率比传统的内燃机高得多,达到30%~34% ,最高达38%,是更加高效节能的发电机组。

 

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