暴力美学，长相怪异的发动机

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大家认识这台长相怪异的轰战机吗？

它是俄罗斯图95轰炸机，图-95(ТУ-95)战略轰炸机家族是前苏联图波列夫飞机设计局研制的远程战略轰炸机，北约代号“熊”（Bear）。

设计上采用后掠机翼，翼上装4台涡桨发动机，每台发动机驱动两个大直径反转四叶螺旋桨。机身细长，翼展和展弦比都很大，平尾和垂尾都有较大的后掠角。

下面这个视频拍摄了图95轰炸机的逆天发动机是如何工作的，飞行时螺旋桨的关闭与启动：

从视频中大家可以听到噪音比较大，据说工程师设计时把第一级桨叶设计的比第二级的直径更大了一点，这样被第一级桨叶加速的气流在最外面的一层不会被第二级桨叶撕扯，这一层气流包住了内部被撕扯的气流，起到隔音作用，然而效果非常不理想。

这种发动机叫开式转子发动机，也叫桨扇发动机。这种发动机不止图95配有，俄罗斯安-70运输机的发动机也是这种样子。

还有安22发动机，让我们近距离看一下：

除了俄罗斯，其它国家也有这种结构的发动机，下面这张图是美国的GE36桨扇发动机。

开转子的原理是把一个做功涡轮（不推核心气流的压气机）的功率通过齿轮箱把轴功率分给两个反向旋转的螺旋桨，其中这个螺旋桨的外侧如同超宽弦涡扇发动机的推力风扇一样也是工作在周向超音速条件下。

当然对于发动机结构来说，也有双轴的，两轴压气，低压轴带低压压气机同时带螺旋桨，也有三轴的，两轴压气，做功涡轮只带螺旋桨，也有两轴的单轴压气，低压轴只带螺旋桨，这里不再展开。

下图是另外一台罗罗公司的开转子的半剖图。

开式转子发动机能在较高的飞行速度下保持较高的推进效率，它兼有涡桨发动机推进效率高、耗油率低和涡扇发动机飞行速度大的优点。

这种发动机其实还是备受关注的，美国国家航空航天局（NASA）、通用电气公司以及波音公司，欧洲的罗罗（R-R）公司、赛峰集团发动机公司、空客飞机公司以及有关大学对开式转子发动机开展了更为深入的研究。

下面这张图是法国赛峰的开式转子发动机：

开式转子试验台

开式转子没有像传统发动机那样在发动机外安装短舱。去掉这个外壳会显著增加冷空气气流，也就是说，发动机吸入和排出的空气量会变大。因此，当飞机在保持与传统发动机相同的飞行速度时，开式转子发动机实际上降低了燃油消耗，减少了排放。

下面这张图是几种航发构型的巡航速度和油耗对比，以上一代中推商用航发为参考，PW1000G的齿轮减速涡扇发动机油耗降低20%，而飞行速度不变。开转子的油耗和涡桨发动机一样，远低于涡扇，但是航速又远快于涡桨发动机，介于涡桨涡扇之间。

正如我们文章开始前听到的图95发动机的噪音问题，开式转子研究面临的一个关键障碍是发动机噪声不能处在常规涡扇发动机舱的水平。图95也是唯一可以被美国在北大西洋设置的反潜艇声呐网捕捉到的飞行器。

上图为NASA用流体力学（CFD）对开转子外涵道做的模拟

开式转子发动机的噪声源非常复杂，如下图所示。

由于开式转子发动机的涵道比大，喷流速度低，核心机有短舱屏蔽，喷流噪声和核心机噪声不是问题；其最大噪声主要来自于对转桨扇叶片。虽然存在一定的宽频带噪声，但开式转子产生的最大噪声主要受音调噪声控制。人耳对音调噪声和宽频带噪声的反应不同，典型的带音调成分的噪声比单纯宽频带噪声更令人烦恼。

针对噪音问题，各大航空公司从发动机布局、叶片形状设计都下了不少功夫，赛峰集团发动机公司、英国罗-罗公司和美国GE公司一致认为“噪声已不是开式转子的障碍”。(来自：直观学机械)

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