打造更綠色的噴氣式發動機
2010-07-07 16:47 來源:中國能源報
在人人擔心全球變暖的今天,高效而清潔的噴氣發動機成為各大航空公司和飛機制造商的首選。出現這一現象的原因不僅在于環保,“綠色發動機”消耗燃料也更少,因此有助于降低成本、提高利潤。
近年來,技術的逐步完善使得現代噴氣式飛機每公里所消耗的燃料量僅是上世紀60年代的一半。盡管如此,仍有人認為,現在是重新設計飛機發動機的時候了。以色列R-Jet工程公司的老板大衛·利奧爾博士就是其中之一。
據英國《經濟學人》報道,R-Jet公司開發出一種新型噴氣發動機。據老板利奧爾聲稱,這種發動機可以減少使用至少25%的燃料,并且由于其獨特的點火性能,這種發動機還可以削減3/4的二氧化碳及氮氧化物的排放。
據了解,噴氣發動機普遍依據牛頓第三定律的原理進行工作。發動機運轉時,前端的風扇吸入空氣;空氣經過壓縮后與燃油一道被點燃;高溫的燃氣迅速膨脹,咆哮著沖出尾噴管。在噴管前有一組渦輪,渦輪與風扇連接在一根軸上。渦輪帶動風扇又吸入了更多的空氣,這樣就產生了連續的循環。
R-Jet公司開發的新型噴氣發動機,采用了一種名為“軌道燃燒噴嘴”(OCN)的裝置,使空氣和高溫燃氣在燃燒室內與壓縮機和渦輪機一同轉動,形成渦旋,然后進入燃料箱。這一渦旋由燃燒室內的葉片不停轉動來維持。這種旋轉動作有助于更好地混合空氣與燃料,從而使燃燒更為迅速。之后排出的高溫燃氣同樣通過渦旋推動發動機。
利奧爾博士表示,這種新型發動機不需要采用兩組風扇,從而減少了發動機的組件,因而造價也更為低廉。同時,這種發動機的大小也只有同等動力的傳統噴氣式發動機的一半。
目前,這項技術還在研究階段,R-Jet公司表示,還需要有更多的合作伙伴一同展開生產實踐。為盡快打入發動機市場,R-Jet公司表示,OCN發動機可以首先用于發電,或者為無人駕駛飛機提供電力,隨著技術的進一步完善,未來可以逐步被移植到噴氣式飛機上進行應用。
事實上,大型飛機發動機制造公司目前都在探索噴氣發動機生產的新思路。最明顯的改變就是發動機的形狀在不斷變化。上世紀60年代,噴氣式發動機是細長的,而如今,發動機的前端都十分開闊,以便安裝巨大的風扇葉片。這種葉片可以將壓縮機和燃燒室外90%的空氣吹動并加以利用。這些空氣雖然運動速度相對不快,但是體積巨大,從而可以提供大量的推動力,燃燒也更為有效,因此這種被稱為“高旁通比渦扇發動機”的現代的發動機消耗的燃料普遍比20世紀60年代減少了一半。另外,由于有大量空氣包裹,噴氣式飛機后部的高溫燃氣產生的噪音也降低了大約80%。
此外,建造更加環保型的噴氣發動機還可另辟蹊徑:增大發動機的旁通比,采用開放轉子的結構。這有點像回到了螺旋槳發動機的時代。許多設計方案都采用了兩圈轉向相反的風扇葉片結構,葉片短而堅固,由復合材料制作。老式的螺旋槳發動機的葉片安裝在發動機前,而這種發動機的葉片在后面旋轉。目前,勞斯萊斯公司(Rolls-Royce)與通用電氣公司(GE)除了致力于改進常規的渦扇發動機外,都正在加大投入研制這種發動機。
當然,高旁通比渦扇發動機目前還處于發展階段,傳統型噴氣發動機還是主流。不過,如果R-Jet公司此次開發的新型噴氣發動機技術能夠獲得證明,那么將是發動機技術的又一次飛躍。