爲什麼圖95轟炸機的發動機有兩層扇葉?

神奇手


圖-95的兩層扇葉被稱為“同軸反轉螺旋槳”(Contra-rotating Propellers),這是渦輪螺旋槳發動機中特有的一種類型,它和普通螺旋槳最大的不同便是發動機上有兩組並列轉動的螺旋槳,而且兩組螺旋槳轉動的角速度方向相反,圖-95憑藉這種獨特的設計從1960年起便保持螺旋槳式飛機速度記錄。

速度最快的螺旋槳飛機

圖-95還世界在役獨有搭載四發大型渦輪螺旋槳發動機的戰略轟炸機,其搭載4具庫茲涅佐夫NK-12MV型渦輪螺旋槳發動機,可讓圖-95最大速度達到925公里。由於發動機功率太大,在槳葉直徑和轉速無法提升的前提下。工程師只能另闢蹊徑,用增加葉片數量來提升效率。甚至其衍生機型圖-114保持著最快螺旋槳飛機的世界紀錄。

同軸反轉的秘密

螺旋槳在低速飛行下,其葉片的葉尖會形成切向的空氣渦流,渦流會對能量造成損失。在航空工程師的巧妙設計下,同軸反轉螺旋槳的兩組葉片在轉動時產生的渦流會相互抵消,能將能量的損失將至最低。同軸反轉螺旋槳不僅能使螺旋槳維持最大的效率,還能充分使用發動機提供的驅動力。再加上圖-95主翼採用後掠35°設計,能讓圖-95在執行任務時保持高速飛行效率。

圖-95的副作用

同軸反轉螺旋槳的兩組螺旋槳連接在同一臺發動機上,裡面使用一組行星齒輪達到反向旋轉的目的。同軸反轉螺旋槳式飛機兩側兩個不同的發動機,其螺旋槳轉動方向相反,而不是反向旋轉螺旋槳。

但是同軸反轉螺旋槳帶來的負面效應也顯而易見,例如運轉時會產生巨大的噪音,其側方向噪音增大10分貝,軸方向噪音更是增大30分貝,甚至位於北大西洋的聲吶網都可以捕捉到圖-95的聲紋!


航空之家


為了在高速和航程之間實現平衡,圖-95採用了一套獨特的動力系統。

圖-95的最大起飛重量接近200噸,安裝四臺NK-12渦輪螺旋槳發動機,單臺額定功率11000kW(14750軸馬力),驅動一副AV-60四葉同軸反轉螺旋槳。

所謂同軸反轉螺旋槳,就是兩組安裝在同一轉軸上的串列螺旋槳,但螺旋槳的旋轉方向相反。同軸反轉螺旋槳一般是通過一組行星齒輪來實現反向旋轉的,該螺旋槳具有兩個優點:

一是兩組螺旋槳反向旋轉,互相之間抵消了扭矩,飛行員無需在飛行中通過調整副翼來對螺旋槳的扭矩效應配平。

二是氣動效率高。螺旋槳槳尖在旋轉中會產生渦流,導致產生的拉力減小。而同軸反轉螺旋槳的兩組葉片在旋轉時,葉尖產生的渦流能互相抵消,降低了渦流能量損失。一般來說,同軸反轉螺旋槳比同直徑的單螺旋槳的效率能提高6%-16%。

圖-95憑藉直徑達5.6米的同軸反轉螺旋槳,使高空巡航速度達到750公里/時,最大速度達到936公里/時,絲毫不遜色於亞音速噴氣式轟炸機。

但這4副巨大的螺旋槳也成為該機產生巨大噪音的罪魁禍首。當圖-95的速度達到750公里/小時,螺旋槳槳尖的速度已經超過音速,產生持續音爆並橫向傳播開來,因而噪音相當驚人。而且反轉螺旋槳設計使槳尖音爆非常密集,引發的機身震動經常誘發電子設備故障。甚至有傳言說美軍潛艇在水下就能通過聲吶監聽到從頭頂飛過的圖-95。


鷹眼戰情室


共軸反槳結構,這種結構螺旋槳有兩層傳動軸,外傳動軸空心,內傳動軸套在裡面,兩層傳動軸通過齒輪組聯動,轉動方向相反。這種結構現在在直升機上應用較多。


採用共軸反槳的玩具直升機,因為共軸反槳不會產生偏轉力矩,不需要安裝尾槳

但是注意的是,共軸反槳結構並不能提高工作效率,一臺共軸反槳結構發動機產生的推力效果,要遠遠低於兩臺一半功率的單層螺旋槳發動機的推力!因為前一層螺旋槳打散了氣流,後一層螺旋槳工作效率會大大降低!

而之所以會有這種結構螺旋槳飛機出現,是因為這種結構可以突破單層螺旋槳的極限。螺旋槳飛機增加推力的方式,只能是增加螺旋槳轉速和增大螺旋槳直徑,這樣螺旋槳槳葉葉尖的速度也就不斷提高,但是這個葉尖速度是有極限的,那就是不能超過音速!一旦達到音速就會產生音障和激波,可以輕易的打斷螺旋槳槳葉。

所以不管怎麼設計,單層螺旋槳產生的推力是有極限的,要想突破這個極限只能再安排一層,共軸反槳,那怕工作效率下降。這種設計在噴氣機時代早期應用較多,比如說英國的世界上最醜的飛機--塘鵝反潛機。

但是這種設計齒輪組傳動結構複雜,噪音大(圖-95是唯一一個可以被浮標聲吶發現的飛機),在噴氣式發動機成熟後基本上取消了。

而圖-95之所以採用這種結構,主要還是被航程給逼得,跟美國在歐洲可以用大把空軍基地不一樣,前蘇聯要想炸美國要困難的多,對航程要求大,而螺旋槳比較省油。


不過,美國和北約其實都低估了圖-95的升限和最大航速,其原本以為升限是9000米,最大時速是580公里左右(這一判斷是基於螺旋槳工作的極限判斷的)。但是沒想到圖-95還有渦噴模式,這種模式下,螺旋槳不產生推力,自由轉動,全靠發動機當做渦噴發動機一樣工作,這種模式下升限可以13000米,時速900到1000公里(不同型號有所不同)。


五嶽掩赤城


圖-95戰略轟炸機,由蘇聯圖波列夫設計局於1951年研製一款驚世之作,它是當時唯一能和美國B-52戰略轟炸機相匹敵的戰略轟炸機,且服役至今。它最大的設計特點就在於它發動機上的兩具同軸反轉槳葉,並採用4臺12000軸馬力的NK12型對轉渦輪螺旋槳發動機。

採用同軸對轉的發動機的好處就在於不僅可以克服對機身產生的扭矩而且動力更為強大,最大時速超過900公里每小時而且在油耗於保養維修比B-52渦噴發動機更為簡單。所以目前它也是世界上最大最快、目前仍在服役的大型螺旋槳遠程戰略轟炸機。



和美國的B-52相比,圖95在航程、速度、載彈量這三個重要指標都比B-52遜色很多。不過由於採用渦噴螺旋槳發動機,同樣是1.2萬里的航程,B-52需要攜帶160噸燃料,而圖95只需要80噸,只是B-52的一半,這樣為經濟、省錢,而且圖95還具有老毛子的武器特點,簡單、皮實、耐操、等特點,與專門用大炸B的B-52不同,圖95可以改裝用於偵查、海上巡邏、反潛、通信中繼等任務,具有很強的通用性。而蘇聯解體的時候,中國曾有意向烏克蘭購買圖95,但是由於兩個大國的阻撓,中國未能如願。



在十字路口等等你


圖-95戰略轟炸機,也叫TY_95,是由前蘇聯圖波列夫飛機設計局和北約代號“熊”開發的遠程戰略轟炸機。

它的設計有一個後掠翼,在機翼上有四個渦輪螺旋槳,和兩個大直徑的每個發動機驅動的四葉螺旋槳。

轟炸機使用兩層風扇葉片,它們有一個大的翼展和一個大的翼展,並有一個巨大的後掠的平面和垂直尾翼。單層風扇葉片不能支持導彈的反衝,兩個葉片可以更好地提高命中率。


分享到:


相關文章: