我国至今仍需仰望的动力巅峰:图160的HK321三转子发动机

飞帅 2021-08-06 13:17:03

作为世界上最大的轰炸机,图160长54.095米、最大翼展55.7米、高13.2米,比美国B-1轰炸机大将近35%,最大起飞重量275吨,最大载油160吨,航程16000公里,比B-1多出将近45%,最大速度2.3马赫,比美国B-1快80%。图160的性能之所以如此强悍,是因为它有着强劲的心脏,那就是四台单台加力推力高达25吨HK321涡扇发动机。

世界上最大的轰炸机图160

HK321发动机的研发者是前苏联的库兹涅佐夫设计局(现为萨马拉“劳动”科研生产联合体),该设计局产品的编号前缀是俄文字母的НК-(英文文献写成NK—),Н是总设计师库兹涅佐夫的名字“尼古拉”的俄文字头,К是库兹涅佐夫的姓的俄文字头。

HK321是在HK-32燃气发生器的基础上发展而来的,它采用了独特的三转子结构。只有英国和苏联选择了在三转子这条充满荆棘的道路上尝试一番。英国研制出了RB211发动机,苏联除了HK321之外,还有著名的D18T,即世界最大运输机安225的动力系统,苏联虽然技术水平较低,却因比较保守的选择了较小的涵道比,总体上反而更加成功。 1980年第一台HK-321原型机试验,1986年就投入生产,进度非常惊人。

三转子涡扇发动机的复杂结构

三转子发动机是在双转子涡扇发动机风扇和高压压气机这两个转子的基础上,插入了一组“中压压气机”,风扇、中压压气机和高压压气机分别由低压、中压、高压涡轮以各自不同的转速驱动。三个转子对应三根套在一起的传动轴,三者并行不悖,各自处于效率最高的最佳转速。

静态展示的HK321发动机

先看低压转子。由两级低压涡轮驱动3级风扇,以HK321发动机1460毫米的直径,它的风扇直径也要比AL31F大得多,因此需要两级低压涡轮驱动。风扇是HK321直径最大的部件,这里的空气流量最大,但被一分为二,一部分绕过内涵道经外涵道参与加力燃烧或直接喷出,另一部分进入内涵道被逐级加压,在燃烧室内燃烧。

再看中压转子。由单级中压涡轮驱动5级中压压气机,中压转子的转速居于风扇与高压转子之间,由风扇进入内涵道的气流在这里被进一步加压。低压和中压涡轮叶片均采用定向凝固材料制造。

最后是高压转子,由单级高压涡轮驱动7级高压压气机,高压涡轮是整个HK321发动机中温度最高(1357℃)、转速最快的地方,因此高压涡轮叶片采用单晶材料制造,且需空气冷却。

三转子发动机剖面图

三个转子可分别处于不同的转速,按照风扇<中压<高压的次序递增,内轴是低压涡轮带动风扇的传动轴,转速最低。中轴是中压涡轮带动中压压气机的传动轴,转速次之。外轴是高压涡轮带动高压压气机的传动轴,转速最高。三根传动轴的转速能灵活调节,可使压气机获得极高的喘振裕度,避免了采用级间放气抗喘造成的气流动能损失,HK321因此获得了高达28.4的总压比,远远超过了AL31F的23。另外,三个转子分别在最佳转速下工作,还能使转子的级数、叶片数和可调叶片数减少,HK32达到7.35的推重比与此不无关系。

图160的四台HK321发动机

但采用三转子结构也会付出不菲的代价,HK321内、中、外三根套在一起的传动轴以大功率高速旋转,需要承受很大负荷。从结构动力学角度来说,在三个转子的互相扰动、轴系的支撑和润滑、转速统筹等方面,需要克服的困难无法想象。直到现在,三转子结构对任何国家仍然都是一个严重的技术挑战,说它是人类机械的巅峰并不为过。

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评论列表
  • 2021-08-07 07:09

    只有俄罗斯顶级的数学家才能胜任这个研发

    丈夫许国 回复:
    材料不过关,设计思路都没问题
    牛闻图斯 回复:
    数学家画框架,算出一些关键指标,设计师根据指标进行布局设计,材料工程师根据要求制造出材料
  • 2021-08-08 01:27

    中国不缺技术论证,缺工艺缺材料提升。

    用户12xxx11 回复:
    因为无知,就肆无忌惮?!
    用户14xxx74 回复:
    就是材料问题
  • 2021-08-07 09:56

    苏联以前是真的强!

    福生无量天尊 回复:
    苏联都解体30年了,他的遗产还够俄罗斯横行无忌,真超级大国!另一个美国可见其实力更甚,追赶超越,路还很长!
    qzuser 回复:
    苏联这种怪物是不可能长久生存下来的,除了造杀人武器民用的你看有什么贡献?把所有国民收入都投入军队里去了!中国也是这样搞照样能搞出来,只是不能这样干罢了
  • 2021-08-07 04:40

    未来是高超音速飞行,冲压发动机是主流,我们很有可能弯道超车

    月无影 回复:
    冲压发动机苏俄独步天下,60多年的积累,科学从来只有厚积薄发,没有弯道超车。
    阳子 回复:
    冲压发动机就是买的前苏联技术!弯道超车?!
  • 2021-08-07 10:16

    百年航发,无出其右。我们还难以望其项背

  • O.O 37
    2021-08-07 07:38

    动力虽然非常重要,但也不是飞机优劣的唯一指标,现代战争就是隐身超视距

    用户17xxx63 回复:
    发动机是一切航天器的先决条件,没有好的发动机就是一块废铁
    平淡如水 回复:
    只要动力强板砖飞上天,只有动力足够强,隐身设计和气动设计才能最优化。
  • 2021-08-07 08:49

    尽快研发出量子发动机,实现时光转移

    文章尽是瞎扯淡精彩总在评论区 回复:
    太落后,不是光速永动机都上不了台面。[呲牙笑]
    Speak Now 回复:
    先搞清楚什么是量子在说话好吗[横脸笑]
  • 2021-08-06 19:21

    厉害

  • 2021-08-07 09:58

    我见过一款三转子自由态发电机!但是没有这玩意复杂!电机成本差点不到一千万![笑着哭]专为特种设备研发的!发电能力超过一般人的想象[笑着哭]

  • 2021-08-08 22:12

    这就是给图纸也造不出来的东西吧

  • 2021-08-07 02:27

    搞台发动机研究研究,就着中俄友好时机。

    用户44xxx84 回复:
    不会给的想当年中苏那种关系我们想买台图95都不卖,怎么可能把这种镇国大杀器卖了
    奇怪的毛 回复:
    关系再好也不会把这种压箱底的东西拿出来的。
  • 2021-08-07 17:20

    解释很清楚,就是造不出来

  • 2021-08-07 07:50

    那可是连美国佬都流口水的发动机!

  • 2021-08-07 14:09

    现在的俄罗斯也就只能吃苏联的老本了,科技上一二十年都发展缓慢

    索马里海盗驻罗定办事处 回复:
    没钱谈屁的发展[笑着哭]
  • 2021-08-07 12:34

    好漂亮的白天鹅[点赞]

  • 渔人 15
    2021-08-07 10:56

    再过30年,你也只有仰望的份。

  • 2021-08-07 08:39

    不是NK32吗?

    乘风飞翔 回复: 北极星影视剪辑
    升级也应该是数字后边继续加,不应该是改名字啊
    北极星影视剪辑 回复:
    后续升级了
  • 2021-08-08 13:03

    比亚迪,上,搞个电动轰炸机[得瑟]

  • Roland 11
    2021-08-07 14:56

    罗罗的rb199 三转子早就公开了,没啥秘密了,关键是全世界赶脚图160过时了。

    用户11xxx56 回复:
    怎么过时?除非起飞前炸掉!你等它他飞起来了,你指望什么追它?
    专打网络装逼黑子 回复:
    卧槽,人家动力这么强问题你追的上吗[得瑟][得瑟]
  • 2021-08-07 01:48

    劳斯莱斯不就是搞3转子发动机搞破产了吗

    黄格选 回复:
    没有破产,后来卖给了中国。也就是涡扇9。
    PCB小范 回复: 黄格选
    仿制了30年[笑着哭]我滴乖乖
  • 2021-09-24 17:18

    动力方面,不管是民用客机还是军机,中国对俄罗斯都是仰望的 ,至少目前还是这样 ,希望10~15年以后 ,中国可以跟他们平等的对待

  • 2021-09-17 12:07

    技术,图纸我们都有。就是没材料。或者材料不行

  • 2021-08-26 22:44

    觉得前30年在发动机这块(尤其飞机发动机)没有做好,应该用点途径拉点西方这方面的人才过来学习一下,(当然不计成本不论手段都行)这个坎现在机会不大了!靠自己研究估计还很漫长!加油[点赞]

  • 2021-08-26 20:51

    未来是核聚变飞行器,反重力装置,反物质才是主流,这太落伍了

  • 2021-09-05 22:34

    俄罗斯剑走偏锋有一套。

  • 2021-10-01 16:12

    四十多年前的产品,俄罗斯人的大脑真清澈严慎。

  • 2021-08-08 20:39

    搞两台发动机装到战斗机上可牛逼了

  • 2021-08-21 13:15

    看不懂,但是觉得很牛逼。

  • 2021-08-30 12:38

    前苏联的天才太多了[点赞][点赞]

  • 78 4
    2021-08-07 10:50

    超大号战斗力。

  • 2021-08-17 15:58

    只要发动机技术,别的不需要!

  • 2021-09-30 20:45

    对的,这个发动机技术还是很让人眼馋的,还有材料,加工工艺。其他的当年图160落后了,八十年代的东西,虽然还是世界第二,但航电系统,传感器这些已经明显落后。又不隐身。我们轰20出现得时候,要领先白天鹅一代。虽然落后了,仍然是前三,而且其他国家望尘莫及。

  • 2021-08-07 11:10

    还没有一块三问机械手表复杂呢

  • 2021-08-07 18:59

    不是NK32吗

  • 很好奇是那些设计这个发动机的设计师们都死了,那么后面的人怎么造

    月ReiA 回复:
    就像中医一样。发明针灸的人死了不知道多少年了。还是没失传
    用户10xxx21 回复:
    就像做菜,老厨师挂了但菜谱还在,照方抓药
  • 2021-08-26 18:08

    小米 ,上

  • 2021-09-30 14:58

    真是够自信 构造直接公开

  • 2021-10-11 23:10

    归类于起步晚?

  • 2021-08-07 07:14

    你对速度一无所知!?

  • 2021-08-09 14:55

    体现友谊,买一台送一台。

    用户56xxx09 回复:
    没什么意义的东西,推重比很低的,
  • 2021-09-18 10:55

    我们的ws15秒杀它[得瑟]

  • 2021-09-18 19:45

    前苏联不是开玩笑的。

  • 2021-09-28 09:37

    都2021了还有人吹国外的发动机设计,发动机难度是材料!材料!没需求不立项不研发怎么可能会,美国不一样没安225这么大的运输机?

  • 2021-09-28 13:15

    已过40年,还在仰望

  • 2021-10-01 15:14

    俄罗斯人的数学机械能力不容置疑

  • 2021-10-18 14:20

    中国买不到

  • 2021-08-07 07:59

    熊的能力无与伦比

  • 2021-08-08 03:48

    三转子发动机,三转子之间可能具有联动性

  • 2021-08-10 20:53

    内燃机各种意义上,已经快到天花板了。 下一代的动力在哪里?

    For the horde 回复:
    哪里到尽头了?飞机发动机下一代就是变循环发动机 [得瑟]
  • 2021-08-25 20:52

    这都能讲的头头是道,还有图纸,那造起来不是分分钟的事!

  • 2021-09-10 13:14

    我们搞四转子[呲牙笑][笑着哭]

  • 2021-09-30 15:28

    中国一切都会有的[点赞]

  • 2021-10-02 00:15

    一半重量是油,越大装油量越多[汗]

  • 2021-10-13 07:40

    发动机是飞行器的首要条件,就好比足球场上,你技术再好,如果体能不行,一样没办法,如果你体能超级好,跑不死,你完全可以充当球场上的焦点,道理一样的

  • 2021-10-17 22:20

    哎。。。提到技术论证就不得不提基础理论研究,提到基础理论研究就不得不提学术论文。。。学术论文。。。哎。。。不多说了。。。伤呀。。。

  • 2021-10-19 13:10

    我差点以为攻克了

  • 2021-10-21 09:53

    确实是工艺材料的问题,年轻人就想当网红,干直播,谁去钻研高级技工?[大笑]

  • 2021-10-25 21:59

    赶紧研发跃迁引擎。

  • 2021-10-26 17:25

    茅台。上!

  • 2021-10-28 15:01

    [吐舌头眯眼睛笑]我们搞个反重力发动机,实现弯道超车

  • 2021-08-08 19:51

  • 2021-08-27 19:12

    狗专家弯道超车[呲牙笑][呲牙笑]

  • 2021-10-07 14:48

    核能发动机[得瑟]燃油都不用加,飞来能飞几年

  • 2021-10-21 14:38

    我们去找普京买一打

  • XXX
    2021-10-29 14:14

    我在想,可以拿什么换这个飞机。

  • 2021-11-01 20:19

    人家的!