如題,大佬們怎麼看?

超音速公務機/客機熱鬧了這麼多年,一直…?

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前一段時間一直在忙,周末才有一點時間寫知乎,各位久等了。

後協和/圖144時代,超音速公務機/客機概念已經存在多年,不是什麼新想法。幹線客機,不管是寬體還是窄體,因為尺寸,設計製造面臨的技術風險過於巨大,就我所知還沒有哪家公司想要再次挑戰超音速幹線客機。但是有很強支付能力的VIP們願意為縮短旅行時間,和面子買單。

超音速幹線,波音2707,不同子型號載人200-350人。原型機都沒做出來就流產了

(我在這個回答:盧西:空客 A380 算是一個失敗的機型嗎?裡面寫過一點波音2707的故事)

我在這個回答里介紹過一些正在進行的超音速公務機/客機項目,關於本題的GE發動機Affinity就是和其中之一,Aerion AS2(洛克希德馬丁)超音速公務機配套的。

公務機超音速有什麼難度??

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Aerion這logo有點像《航空知識》

超音速飛行和亞音速飛行是完全兩個世界,對於發動機來說尤其是,原因在下面這個回答具體寫過。

超音速飛機的渦輪發動機與亞音速飛機用的在設計上有什麼顯著的不同??

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用針對亞音速飛行極致優化的大涵道比/超大涵道比渦扇顯然是無法超音速飛行的。而這個世界上並不存在專為現代超音速民用飛機定義、設計、製造的航空發動機。軍用發動機和民用發動機也是兩個世界,工程上的挑戰是完全不同的。尤其是在冷戰之後,軍機對民機的數量比例斷崖式下跌後又持續下降。再加上油價上漲,軍機對性能有著更高的追求,而民機追求低油耗高低維護保養成本,其對可靠性/安全性的要求更是極高而剛性。

超音速公務機先鋒美國Boom表示過,堅決不把軍機發動機裝到自己的超音速公務機上。

Affinity

「親和力」本尊

世界上這麼多公司都在超音速公務機的路上走,假如真沒有配套發動機,難道要超音速滑翔機嗎?我就知道有人在家憋大招呢。

世界航發三巨頭之一的GE在2018年10月16日發布了Affinity,終於補上了超音速公務機這缺失的一環,也可以說是最核心的一環。而這是從定義初始就和Aerion(洛克希德馬丁)深度合作的。

工程學就是妥協的藝術,Affinity當然不是例外。我講兩個它進行的妥協:

超音速與亞音速的妥協

我在很多個回答里說過無數次,單純追求超音速性能的渦輪發動機,一定是沒有外涵道的渦噴,有或沒有加力燃燒室。現代戰鬥機顯然可以超音速,但是都用小涵道比渦扇配加力燃燒室,因為它們不是純為超音速飛行定義的,具體原因看我其它關於航發的回答。比如:

超音速飛機的渦輪發動機與亞音速飛機用的在設計上有什麼顯著的不同??

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波音2707的配套發動機GE4,單軸渦噴配加力燃燒室:

協和的發動機羅羅Olympus593,雙軸渦噴配加力燃燒室:

攝於喬治亞理工ASDL,我在美國做訪問學者的實驗室

圖144初期的配套發動機為NK-144,渦扇配加力燃燒室,而後期改了渦噴配加力燃燒室的RD-36-51:

NK-144

RD-36-51,抱歉我是真沒找到更高畫質的圖

也就是說,在Tu144身上,是拿渦噴換下了渦扇發動機。可見渦噴相比渦扇,更適合干長時間超音速巡航的活兒。

而針對亞音速飛行極致優化的渦扇,都是涵道比很大的,比如工程傑作GE9X:

Affinity定義為在60,000尺(約1萬8千米,亞音速噴氣客機的巡航高度為1萬米左右)巡航。在海上超音速,而在陸上亞音速。所以啊,這個東西並不是單純為超音速定義的。協和/Tu144定義的時候,人們沒意識到超音速的噪音,後來被禁止於陸地上超音速飛行。長了這個教訓,Aerion設計的飛機本來定義在陸地上就是亞音速的。其配套的發動機當然也不能只追求超音速性能。

再來看一下它

所以它有了在超音速發動機中最大的涵道比,兼顧了超音速飛行和亞音速飛行,找到了一個妥協的平衡點。

兩級超音速整體葉輪的低壓壓氣(風扇),我目測外涵道總壓比2.8-3.0,遠遠高於亞音速噴氣發動機。

低壓軸支架放在了一級轉子(風扇)之前,中規中矩,下圖F414(F-18E/F超級大黃蜂的動力)也是這樣,很常見,不勝枚舉。

歐洲颱風戰鬥機的動力EJ200是個例外,把第一級風扇放在了最前面,低壓軸支架在低壓壓氣(風扇)和高壓壓氣之間。

效率與噪音的妥協

Affinity的內外涵道噴口用不同的形狀來增加噴嘴周長,讓高速與低速氣體融合更溫柔。這降低了流體剪力,也就降低了噪音。但是提高了流阻,從而降低了效率。因為小涵道比渦扇的噴氣速度遠高於大涵道比渦扇,只有更激進的降噪手段才能符合越來越嚴苛的噪音標準。

對比一下亞音速客機的渦扇鋸齒噴嘴,波音787搭載的GEnX:

Affinity的新技術

雖然是GE在現代超音速公務機這一塊處女地的試探,但依舊,這是一台GE的機子。

從上圖看出GE在亞音速大涵道比渦扇的技術路線。作為GE9X之後的項目,Affinity自然是應用了大量新材料,比如最新的渦輪熱障塗層(這是啥東西:盧西:航空發動機高壓渦輪轉子葉片是如何製造的?)、碳纖維的機殼等等。

最新的渦輪機設計技術:

還有一個非常重要的就是它的加工成型技術,大面積採用3D列印,而這些技術不光來自渦扇領域。在GE9X之後,GE還發了一台ATP渦軸發動機,給渦槳飛機提供動力:

(至於為啥這台渦槳發動機的排氣在前,進氣在後,發動機內的流體是逆著飛行方向的,歡迎提問哦)

3D列印技術不光是為設計提供了更高自由度,還極大地降低了製造成本。

說到最後,Affinity是一台相對中規中矩,把GE民發(亞音速)細節技術集中體現在了一台另類渦扇上。

Aerion宣傳將於2023年首飛AS2,Boom也即將對發動機選型。眼看著這個還並沒實際存在的新興市場馬上就要活躍起來了,還真是期待呢!

貼上一個GE的宣傳視頻:

超音速公務機發動機Affinity

廣告:

真正支持十字軍東征的動力是什麼??

www.zhihu.com圖標權力的遊戲這部劇有哪些熟識英語及西方文化的人才懂的梗??

www.zhihu.com圖標有哪些航空航天上的事實,沒有一定航空航天知識的人不會相信??

www.zhihu.com圖標飛機發動機在地面上是如何進行測試的?對安置在地表起固定作用的設施會造成怎樣的影響??

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額,我覺得吧,波音空客的那種亞音速到平流層,火箭發動機上到更高高度,(忘了具體多高)然後在那裡幾乎沒有空氣阻力的位置來突破常說的音速,因為幾乎沒有空氣所以突破音速最難的音障限制好像是沒有了。

還有特斯拉的可回收火箭載人洲際航行才是新時代的趨勢。


乍一看我還以為GE發布了超音速渦輪飛機杯。。。


似乎還是經典結構啊

……worlds most popular core……那就應該是CFM56那個F101核心機。裝備的B-1高空衝刺情況下的確能超音速。

內涵道噴口做成那樣應該是想降噪,那就得損失推力,似乎渦扇在超音速主要靠內涵道產生推力?

另外比較好奇怎麼突破音障,加力燃燒室?那怎麼對付環保局?


以前,曾經存在過超音速客機,叫協和,後來因為危險頻出和維護費用問題,停飛了。

不知道這次GE能不能解決這兩大問題。

我很好奇,突破音障的時候,飛機裡面的乘客有什麼感覺?


俺夢想中的渦扇超音速寬體客機似乎有門了


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