推重比是飞机和
航空发动机重要的技术性能指标,飞机发动机推力与发动机重力或飞机重力之比,它表示飞机发动机或飞机单位重力所产生的推力。飞机发动机在海平面静止条件下于最大状态(加力发动机为全加力状态)所产生的推力与发动机结构重力之比称为飞机发动机推重比。一般来说,
战斗机的推重比较高,轰炸机和其他大型飞机的推重比较低。提高发动机推重比要通过气动热力学的进步、部件综合设计技术的提高、结构简化减重、材料工艺等专业共同努力才能实现。
定义
飞机使用的喷气发动机在水平面上的最大推力和发动机的净重之比,称为飞机发动机的推重比。
飞机在海平面最大静推力与飞机起飞重量之比,称为飞机的推重比。
性质
喷气发动机产生的推力和所在海拔高度相关,同时飞机自重的计算也没有统一标准,因此推重比在不同情况下的计算会产生不小差异。
增大推重比有两个途径,减小飞机自重,采用更轻的材料制造,或者是增大发动机的推力。
应用
推重比是一个综合性的性能指标,它不仅体现
喷气发动机在气动热力循环方面的水平,也体现了结构方面的设计水平。它对于飞机的飞行性能和有效载荷等都有直接影响。飞机的最大平飞速度、爬升率、升限、机动性等都与飞机推重比有关。喷气发动机推重比的跨越往往会带来新一代战斗机的出现。
现代涡轮喷气发动机的推重比约为3.5~4.0;加力涡轮喷气发动机约为5.0~6.0;加力小涵道比涡轮风扇发动机的推重比已达到并超过 8.0;高性能的加力式涡轮风扇发动机的推重比可达12~15;用于垂直起落的升力发动机则高达16以上。进一步提高推重比是喷气发动机发展的一个重要趋势,例如升力发动机正向20~24发展,冲压发动机在2~3倍音速时,推重比在20左右。液体火箭发动机的推重比随发动机特点和推力等级不同相差很大。对中等或大推力发动机来说,以不包括推进剂的结构重量(力)计,推重比可达70~100。固体火箭发动机除用推重比外,还用冲量比,即总冲量与装有药柱的固体火箭发动机重量(力)之比。中国的WS10推重比大概是8左右,WS15推重比可以达到10;美国F-14战斗机使用的F110推重比大约是7-8,F-22战斗机使用的F119可以达到10,而F-35战斗机使用的F135大概是10-12;通用的VAATE项目推重比可达12-15,而GE VAATE项目据说可达20.
现代战斗机的飞机推重比可达 1~1.25;轰炸机则为0.25~0.50。
推重比影响因素
在当代高性能发动机参数的基础上,依靠气动热力学的进步和配以相应材料、工艺技术,发动机推重比可达到约12;进一步依靠发动机部件设计技术的提高,减少叶片机级数、采用整体叶盘结构、高通流设计,可使发动机推重比达到13~14左右;要想使推重比达到15,还需采用强度高、比重小的非金属和
金属复合材料。将影响小
涵道比的加力涡扇发动机推重比的因素作如下整理。
发动机总体循环参数对推重比的影响
1、涡轮进口温度的影响,提高涡轮进口温度,能有效地提高推重比,但这带来两大技术问题:(1)如仍使用当代高性能发动机涡轮材料,则涡轮叶片平均冷却效率要求达到约0.738,提高约12%,使涡轮冷却设计非常困难;(2)由于涡轮进口温度的提高,为保证内、外涵参数匹配,必需提高风扇压比,减小高压压气机压比,使风扇的平均级负荷增加约9%,增加了风扇和低压涡轮设计难度。
2、发动机总增压比的影响,纯提高总增压比,并不能提高推重比,在高增压比下,推重比反而下降,由于总增压比的提高,需要的压气机/涡轮功增加,可用于产生推力的燃气机械能相对比例下降。
3、涵道比BPR的影响,高推重比的发动机仍应采用小涵道比。
部件气动、热力设计技术对推重比的影响
1、部件效率的影。提高部件效率尽管可以使油耗有所下降,但对增加推重比并不很明显。
2、涡轮冷却设计的影响。减少用于涡轮冷却的空气量,可以有效地提高推重比,但极限情况下,即完全不用冷却,也只能使推重比达到11左右,但这对涡轮的设计,涡轮的可靠工作带来极大困难。
3、高通流设计的效果。提高进口气流速度,可以提高单位流通面积的流量,从而减小进口直径,减轻重量,提高推重比。
结构设计技术的进步对推重比的影响
要保证上述气动热力参数的实现,结构设计技术相应应有所提高。
料工艺的进步对提高推重比的影响
了实现气动、热力、部件设计,结构减重等技术进步,必须有材料的相应支持,适合于推重比12~15发动机的材料应该是:
1、耐高温材料;
2、高比强度和高比刚度;
3、量使用轻质金属和非金属材料。