涡轮螺旋桨发动机啊,说白了就是那台在天上跑的老式飞机,但要是把它的脾气理顺了,也就不是啥深奥的科研课题。它俩关系可好,一架涡轮螺旋桨,一架螺旋桨,就像个拧螺丝的扳手和螺母。涡轮负责当个强力工,把空气压得更深、压得更深,推力就出来了;螺旋桨负责拧,把高温高压的气流甩出去,给飞机推出去。
这俩搭配,好办到让人想笑,却又管用到贴地飞。 先说说那涡轮,它是发动机的心脏,也是个热机。你站在它面前看,那叶片上那些密密麻麻的孔,那是为了散热设计的。没孔就热死了,就像烤过的面团变硬了。
这些孔把热气排出去,让叶片能保持在 2 到 2.5 个 1000 华氏度左右,刚好能在空气里糊出一团火来。
这火团一糊,空气就跟着受热膨胀,压力就升高。
这压力升高之后,就有点“不服气”了,它想往上走,想冲过那个叫做压差的东西,跑到高压区去。 这过程实际上就是个“喘振”,别看是个略微有点毛躁的喘振,但每次喘振,涡轮就多吸进一两立方英尺的空气,多喷出一两立方英尺的热气。
这就好比你在蒸笼里煮鸡蛋,水温一升高,鸡蛋就更好办熟了。涡轮吸进去的空气多了,压力就变大,把后面的气流往斜上方推。
这股气流带着涡轮叶片高速转动,甩出去的能量就变成推力。
你想想,这推力是如何来的?就是空气被压得越深,温度涨得越高,最终从高压区泄出来,带着动能向前冲。
这就叫压差推力。 那螺旋桨呢,它的任务就是把这团“高压高温气”往外甩,就像你甩毛巾,毛巾越用力甩掉的水就越多。螺旋桨旋转的时候,周围的空气被甩出去,形成一个低压区。高压区的空气为了偷懒,就得从低压区挤进来填补空缺。
这股挤进来的空气,顺着螺旋桨叶片的高速旋转,被甩成一股高速气流,嗖的一下就出去了。
这气流分两局部走,一局部顺着螺旋桨往前推,这叫自由涡量;另一局部被甩得了得,贴着叶片走,这叫附面层涡量。
这两股气合起来,就成了咱们最终看到的推力。 说到数据,别光听我瞎说,咱得看看这数据是不是真有那么神。
一般的涡轮螺旋桨飞机,最大推力能达到 2500 磅,也就是 11 千牛顿。
这推力是如何来的?不是靠一个猛力,而是靠空气被压得越深、越烫,最终从高压区泄出来,带着动能冲出去。
这过程里,涡轮叶片平均转速能达到 10000 转每分钟。
你看这转速够不够高,够不够能让空气被甩得如此髙?这就好比你用一根棍子抡,棍子转得越快,甩出去的东西就越狠。 还有那叶片数量,不同型号不一样。
比如小一点的 28 级涡轮螺旋桨,上叶片有 38 个,下叶片有 11 个。
这叶子数多的,空气经过的摩擦面积就大,散热也好,但转速也就不能忒高。而大一点的 34 级,叶片更多,转速也能高一点,推力自然也就更强。
你想想,要是叶子少,转得再快,气流跑得忒散,也推不动飞机。
要是叶子多,转得慢,那空气冲过头了。
这就是个平衡的艺术。 那为啥认定这涡轮螺旋桨发动机有点旧呢?实际上啊,它挺有道理的。目前的飞机都买那种带进气道压缩的喷气发动机,出于喷气发动机推力大,省燃料,跑得快,像那战斗机就是。但涡轮螺旋桨发动机呢,它不是喷气发动机。喷气发动机是靠喷气反功能,像火箭一样,推力大得吓人。涡轮螺旋桨呢,它就像个传送带,靠的是涡轮抓空气,然后螺旋桨甩气。
这抓得紧,转得慢,但省油,稳当。就是有点笨重,装发动机也费事。 这发动机还有个特征,它对环境挺敏感。喷气发动机是“不管天晴雨刮,只要喷就行”。但涡轮螺旋桨发动机喜爱风。
要是风向不对,要么风速忒猛,发动机就喘不过气,转速上不去,就连可能转不动。
这时候飞机就得降速,就连就连得改道飞。
这就像你在商场里买东西,你忒激动了,啥都买,结局结账的时候发现买多了,还得再去算账,还得走最近的路。涡轮螺旋桨发动机就是这个道理,它忠实地跟着你的气流走,不煽风点火,不借着风势载沉载浮。 你在空中看到它,往往是一团黑色的烟雾,那是燃烧形成的废气。
这废气排出得越干净利落,推力就越大。但你得注意,这废气排出去的时候,温度还不算低,要是排得慢,废气带着热量还在原地转圈,那就浪费力气。
故此,排得快,效率才高。 这发动机还有一个小毛病,就是响应速度。你拉杆,飞机飞起来,响应可能没那么快。喷气发动机是“想喷就喷”,涡轮螺旋桨发动机是“想转就转”,但转得慢一点。
这就害得在起飞爬升的时候,有时候感觉飞机不够有力,动作不够干脆。但这也好,它能在低速段稳住,不会像那种大推力飞机那样,刚起飞就掉下去,要么刚爬升就掉枪。 总的来说,涡轮螺旋桨就是那个在天上飞了上百年的老伙计。它不追求快,它追求稳;不追求猛,它追求省。它用涡轮抓气,用螺旋桨甩气,把空气压力变成推力。别看看着有点“老派”,但它干得挺漂亮,几千吨的飞机,靠它飞得挺稳,飞得挺远。下次你坐在那儿,看着它慢悠悠地转,你就知道,这推力是如何来的,那空气是如何被压、被甩、被利用的。
这哪儿是旧技术,这简直就是空气动力学教科书上写得最通俗、最“接地气”的章节啊。