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飞机发动机的功率当然更大,但是现在的汽车发动机的功率已经足够了。
就好比你说家里普通的铁锅就够三个人做饭了,没必要换特大号的,道理是一样的。
而且,航空发动机在汽车上使用还存在很多不适宜的方面。
飞机发动机和汽车发动机有什么区别?
汽车所采用的发动机通常为往复式发动机或活塞式发动机,即几个气缸依次点火,推动活塞上下运动的发动机。
而飞机就不同,无论是涡喷发动机,涡扇发动机,还是涡桨发动机,都是“燃气涡轮”。
它的结构和汽车里的活塞发动机不同,它没有往复活塞。
燃气轮机的主要核心部件是压气机、燃烧室、燃气轮机,它的原理是通过压气机吸入空气,并与燃料混合。
在燃烧室燃烧后,变成高温、高压、高速的气流,推动燃气轮机输出动力。
简单来说,它类似于我们常见的风车,你吹风车,它就转起来。
你吹的时候,强风是由压缩机和燃烧室产生的,然后吹出来的是燃气涡轮,相当于一个风车。
从原理上来说,燃气轮机输出的是旋转动力,它并不需要像汽车里的活塞发动机那样。
它本来就是上下运动的,但是需要经过连杆、曲轴这些一堆东西,才能把活塞的上下运动转化成旋转飞机发动机为什么难造,所以它的比功率非常高。
也就是说,达到同样的功率输出,这种燃气轮机的体积和重量可以比活塞发动机小很多。
一般而言,同等功率的燃气发动机体积是柴油发动机的三分之一到五分之一,就像蚂蚁一样,体型虽小,力量却很强大。
例如,通用动力公司生产的发动机与普通航空发动机的尺寸大致相同。
大概和家里的卫生间差不多大小,两三台连接在一起,功率达到了47370马力。
相比之下,这款国产49680马力柴油机车长15.6米,高12.4米,有3、4层楼那么高。
1253吨的重量,相当于7、8架波音747、空客A340等空中巨无霸的重量,连发动机都比飞机还大。
除了重量轻之外,燃气轮机本质上比活塞发动机更适合在高海拔稀薄空气中运行。
我们都知道,燃烧就像呼吸一样,需要氧气。在高海拔地区,呼吸会变得困难。
人会有高原反应,发动机因为吸不到空气也会出现高原反应,功率就会下降。
燃气轮机的优点就是内置了压缩机,就好比说燃气轮机内置了高压氧气面罩,不会在很高的高度因为缺氧而掉下来,那是不可能的。儿子。
而且这个压缩机非常庞大,大多采用多级增压结构,就像一个汉堡包,层层堆叠在一起,就形成了一个巨无霸。
每级有两排风扇,每级一排。最先进的民用涡扇发动机总压比可以超过40。
也就是说经过压缩机多级增压后,气压比增压前提高了40倍以上。
活塞发动机就算装上涡轮增压器,还是没法比,这也是活塞发动机在飞机上基本被淘汰的重要原因之一,转速高,动力不足。
燃气轮机的原理看上去很简单,空气从气缸的一端进入,与油混合,然后高速从另一端排出。
它无须像这种“贵族”的活塞发动机那样,经过吸气、压缩、燃烧、排气的过程,也无须协调活塞的运动频率。
如果加错了汽油牌号,可能会导致燃烧和活塞运动不同步,从而引发爆炸什么的。就好像这个可怜的孩子只想有饭吃,什么都不挑剔一样。
据统计,燃气轮机支持50多种液体和气体燃料,甚至有使用香奈儿香水、墨西哥龙舌兰酒,甚至当做石油来烧的例子,它们可一点都不挑剔。
为什么汽车不使用飞机发动机?
汽车不采用它的原因是,燃气轮机除了刚才说的优点之外,在很多方面还不如活塞发动机。
燃气轮机的经济转速范围非常非常窄,高速运转时,只能在很小的一个区域内达到经济转速,超出这个经济转速范围,就非常耗油。
有些燃气轮机在怠速时的耗油量能达到全功率时的80%左右,也就是说它们基本上只能在高速公路上行驶。
它们不能慢跑、竞走,更不可能跳跃,即使在经济速度下,燃气轮机的燃油消耗也比普通活塞发动机高得多。
比如坦克,两辆坦克,美国M1A1主战坦克,采用的是1500马力的燃气轮机。
德国的豹2坦克采用1500马力的柴油发动机,两款坦克重量差不多,但M1A1的油耗却是豹2的三倍。
除了耗油以外,燃气轮机的油门响应也非常慢,也就是说加入燃料之后,需要很长时间才能让发动机转速上升到全速运转。
就像我们经常跟朋友开玩笑说飞机发动机为什么难造,它的反射弧很长。燃气轮机的反射弧很长。你踩油门,它就走了,然后又走了。你一直踩油门,就这样。
很多空难其实都是飞行员在最后一刻做出反应,已经踩下最大油门试图将飞机拉起来,但是突然发动机反应非常慢,飞机还是坠落了。
如果你的汽车上装了燃气轮机,在市区等红灯的时候走走停停,我告诉你,你会吐血。
相对来说,活塞发动机的油门响应已经快了很多,别说自然吸气发动机了,就连很多优秀的涡轮发动机,油门响应时间都在1秒以内。
比如法拉利的反应时间只有0.8秒,你一踩上去它就来了,但飞机就不是这样。
燃气轮机除了油门响应慢以外,在负荷频繁波动、进气流量和气压不稳定的情况下,还很容易发生喘振,造成发动机损坏。
简单来说,当车速忽快忽慢,发动机转速忽高忽低时,就容易造成压缩机转速与气流不匹配。
发动机内部是一堵由空气构成的墙,空气无法穿过,就会反弹回来,严重的话甚至会损坏所有叶轮叶片。
就像我们喝可乐太快,气体就会从胃里涌出来,然后我们就会打嗝。有时我们打嗝不顺,可乐就会喷出来。大概就是这个意思。
所以总体来说燃气轮机还是适合飞机、轮船这种长时间固定、高速巡航的交通工具,汽车就不如活塞发动机了。
燃气轮机工作时,其转速和核心温度比活塞发动机高得多。
例如,飞机使用的航空发动机,燃气轮机的转速每分钟超过一万转,温度达一千五百度,而活塞的转速一般只有一两千转,温度却只有几百度,这是一个数量级的差别。
这对材料强度的要求非常高,目前制造涡轮机的顶级材料只能承受1000度左右的温度。
材料本身无法满足要求,还需要靠叶片的特殊设计,相当于给涡轮叶片穿上了一层防火衣,让它在旋转的时候在表面产生一层隔热的空气膜。
无论如何,这非常复杂。如果要在汽车上安装燃气轮机,汽车的额外研发和制造成本将相当高。我宁愿它更实用、更便宜。
我刚才讲了温度高,这个高温除了对材料有要求之外,还会带来一个副作用船舶电子与信息设备保养,就是污染物排放比较严重。
由于氮氧化物排放量与温度呈指数关系,温度越高,这种污染物的排放越严重。
全世界都在讲节能减排,对吧?汽车装燃气轮机都难,飞机也要换成别的发动机?只是大家都想不出什么好办法。
曾经有过使用飞机发动机的汽车吗?
历史上,一些汽车公司曾经尝试将飞机上使用的燃气涡轮安装在汽车上。
例如英国罗孚公司早在20世纪50年代就生产了搭载燃气轮机的JET 1.0。
克莱斯勒公司也不甘落后,经过多年发展,在20世纪60年代就生产了数十辆配备燃气涡轮发动机的汽车。
该车搭载的是A-831发动机,怠速为每分钟18000至22000转。
在36000转的时候就能输出130马力、576牛米的扭矩,这在当时已经算是非常优秀的动力数据了,即便是放到现在来看,这个扭矩输出依然比大部分家用车都要好。
但这款车最终未能满足排放法规并因燃油经济性较差而停产。
1967年,美国商务部发布报告说燃气轮机不适合汽车,所以你可以看到之前的公司都破产了。
别说汽车了,有人甚至把燃气轮机装在摩托车上,美国MTT公司就生产出了装有燃气轮机的Y2K摩托车。
启动时的声音跟飞机的声音一模一样,当时应该有很多人喜欢,现在基本都消失了。
近年来,一些车企也对燃气轮机进行了研究,如捷豹推出了采用燃气轮机的C-X75跑车。
这款车里的燃气涡轮并不是直接驱动汽车,而是带动电动机发电,靠电动机驱动汽车。
当电池充满电后,发动机停止工作并继续工作一段时间,成功避免了燃气轮机不适合变负荷运行的缺点。
燃气涡轮机并不挑剔,也许在汽油消失之后,我们会看到使用燃气涡轮机和燃烧清洁燃料的电动机的新汽车,也许这会是未来的新方向,当然,把钱倒进去有点贵。
如果汽车采用核能驱动会发生什么情况?
除了燃气轮机以外,很多船舶、军舰都用核动力,不管有没有涡轮,我都可以加燃料,半年、一年船用物资,甚至几十年都不用加燃料。
如果将如此好的东西用在汽车上,会产生什么效果?以前有做过类似的事情吗?
航空发动机、核电离我有点远,现在市面上这些新能源汽车卖得好吗?如果政策全部取消,它们的竞争力有多大?