为什么有的轰炸机是螺旋桨式的呢?
为什么有的轰炸机是螺旋桨式的呢?
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螺旋桨飞机先和题主讲清楚再答题比较好,螺旋桨和螺旋桨是有区别的。
二战前的螺旋桨轰炸机是活塞式发动机输出到螺旋桨做功,发动机转速和螺旋桨转速是同步的;现代的螺旋桨轰炸机是涡桨发动机,喷气和桨叶转动同时做功,发动机转速和螺旋桨不同步(螺旋桨要慢很多)。所以
题主的第二问应该是涡桨发动机对比涡喷发动机的优势是什么?
涡桨发动机
活塞发动机
W君不喜欢在答题时携带大量的专业词汇,这样读者在阅读时会很费劲。但是涉及概念的错误还是要区分一下的。(解释一下)
下面答题:轰炸机现在还用涡桨发动机的只有战斗民族的“熊”Tu-95。为什么现在还在用?因为没钱淘汰。
涡桨发动机的好处首先是省油,大量的省油,其次是功率在低速下高于涡喷发动机,换句话就是低速载荷大,而且空中性能稳定。
缺点是不能高速飞行。这样情况下,实际配备涡桨发动机的飞机适用于巡逻、反潜、和制空权取得情况下的大型轰炸任务。
俄罗斯在苏联解体后获得了这型战略轰炸机(乌克兰接收的已经全部销毁),属于俄罗斯战略轰炸机机队中的中坚力量,在执行战略轰炸任务中属于大载荷弹量的地毯式轰炸,对集群和城市目标有极大的威慑力。由于没钱装备下一代同类型任务的新轰,“熊”预计会服役到2024年。之所以为题主注意,我猜是因为
普京大帝宣布让“熊”执行“境外定期巡逻飞行任务”的恢复,这款飞机经常载弹去美国、欧洲和日本转圈,猛刷“存在感”有关吧。
这类的战略轰炸机的研发投入的经费都是天文数字,一般国家基本不会触碰。现在全球194个国家,有战略轰炸机的只有4家(美、俄、中和我们半岛邻国)。
俄罗斯还在使用涡桨的Tu-95也是一个折中办法,其实同时期研发的B-52美军也没有让其退役的打算。
毕竟哪家都是家大业大,费钱的开销谁也不差啊,能省还是要省的。
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南航学生随手打一段给你普及飞机发动机发展史,看完以后从此不问这些无脑问题,觉得写的好请点赞!
1.(活塞螺旋桨-活塞-一代)
以前活塞发动机都是螺旋桨的,跟汽车发动机原理差不多,非常成熟,发展到了极限但是一代机仍无法突破音速;
2. (涡轮喷气-涡喷-二代)
后来研制出涡喷发动机,速度非常快,二代战机米格25用这它可以达到4马赫来躲避当时的导弹,可见涡喷发动机高速性能非常优越!
3.1 (涡轮扇-涡扇-三代)
再后来发现使用涡喷的二代机在跨音速格斗性能很差,甚至会一代机干掉!南海撞机事件大家还记得吗?王伟烈士驾驶的歼8II(81192)就属于二代机,为了跟美国侦察机伴飞机头都差不多抬高30度了,飞机在这种情况下容易解体。后来科研人员给涡喷发动机内部前方加了个风扇,就变成了涡扇发动机,涡扇发动机在0~2倍音速之间性能非常好,比涡喷发动机省油,推重比也大。美国的F35用的F-135涡扇发动机推重比达到13以上,我国央视曝光的峨眉WS-15 推重比也超过10了,彻底解决了国产机心脏病问题.
3.2 (涡轮桨-涡桨-三代)
涡喷发动机外部前方加个螺旋桨就成了涡桨发动机,但是螺旋桨叶外缘超音速后产生的激波震颤问题很难解决,俄熊有少量采用!
3.3 (涡轮轴-涡轴-三代)
由于涡桨发动机的转速太快,桨叶缘很容易超音速,于是人们就加了个齿轮来减速,变成了涡轮轴发动机,直升机和亚音速飞机大多数这个,所以你会发现螺旋桨中心和发动机轴不在一条直线上。
说明:百度百科上把 一些轰炸机和运输机涡轮桨+减速齿轮也归类为(特殊)涡轮桨与直升机的涡轮轴发动机区分开来。要知道百度百科也是个人编译的,本人并不认同!
4(冲压发动机-可以认为是四代)
把涡喷发动机内空气增压部件简化一下,就变成冲压发动机,前提是飞行器先要加速到几倍马赫以上,利用空气自然增压,喷油点火,相当于12级台风里点火柴,难度可见一斑!
小结:在我眼里3代4代发动机都属于涡喷气发动机的变种!
A. 低速情况下,不管前面加风扇还是螺旋桨,桨扇的直径越大推力越大且省油。但是由于叶缘超音速的问题,
所以现在流行的涡扇(直径小,转速可以快点)和涡轴(有减速齿轮,直径可以大点),都是为了规避(或者说降低)叶缘超音速的影响!
B.超高2马赫以上,桨扇反而成为发动机的累赘,没有桨扇的涡喷发动机本身在高空高速情况下性能是很好的,达到4马赫就是很好的证明!
C. 4马赫以上,涡喷发动机内部空气加压部件都会成为累赘,因为空气可以自然增压。这就是为什么冲压发动机内部看上去很简单的原因。
说明:这玩意还可以改成燃气轮机给军舰用!
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如果是五六十年前,轰炸机是螺旋桨的毫不奇怪,因为那个时候的远程轰炸机都是螺旋桨的。之后开始出现喷气式战略轰炸机,比如苏联的图160,美国的b1、b2。但是之前使用的螺旋桨战略轰炸机图95、b52,都被保留了下来。主要的原因还是得益于巡航导弹技术的发展。机载的巡航导弹,射程都能打到两三千公里以上。这样轰炸机就可以在敌人的防御圈范围外发射导弹,不容易遭受对方防空火力和战斗机的拦截。因此本来应该被淘汰的螺旋桨战略轰炸机就被保留了下来。
螺旋桨战斗轰炸机虽然有速度慢的弱点,但是比较省油,航程远,通常都在15000km以上。载弹量大,图95为25吨,b52达到31.5吨。如果己方,掌握了制空权,摧毁了敌方的防空系统。就可以用这种载弹量很大的飞机,使用很便宜的普通航空炸弹进行地毯式轰炸。威力和实际效果都是很不错的。如果使用燃料空气炸药,面杀伤效果更佳。经济性和实战效果都是非常好的。如果是使用战斗机携带导弹或者炸弹来完成类似的任务,要不然需要一次使用大量的飞机,要不然需要多次进行攻击。攻击效率和经济性都差很多。这一点美国人在越战中就已经有深刻的体会和总结。这也是为什么美国和俄罗斯,都没有将螺旋桨战略轰炸机完全淘汰的重要原因。再加上,喷气式战略轰炸机都很昂贵,比如b2,刚生产出来的时候价格就达到两亿美元,在当时相当于一艘巡洋舰的价格。价格太高,美国人自己也买不起,本来计划装备数百架,最后只生产了几十架。苏联解体后,国际形势相对缓和。那么装备大量先进的喷气式战略轰炸机就显得没那么迫切。再加上以前的螺旋桨战略轰炸机本身装备的数量大,就索性维修改装,继续使用。比如美国人就计划将b52再用几十年,还是为了省钱!
我国将来要装备轰20这样的远程战略轰炸机。估计还会有一种类似于逆火式的,航程稍短,但是能够超音速的隐身轰炸机,既可以攻击地面目标,也可以攻击海上目标。即使这两种飞机都得以装备,但是轰六飞机依然会保留使用很长时间。一方面,因为它能用,还能够具有作战的价值。另一方面,还是考虑经济性,节约成本。
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首先,要分清楚螺旋桨飞机使用的是涡桨喷气式发动机还是星型活塞发动机。二战时期我们看到的那些螺旋桨驱动的战斗机等,使用的是活塞发动机,与现在汽车上的发动机别无二致,只是将活塞气缸围绕着螺旋桨轴成星型布置,通常多达11缸甚至更多。而现在我们看到的使用螺旋桨的飞机,通常是军用运输机,使用的是涡桨发动机,也属于喷气式发动机的一种。相比活塞发动机,喷气发动机的推力更大,效率更高。而现在一些军用运输机与一些民航客机使用的虽然也是螺旋桨,但驱动螺旋桨的动力源头已经是喷气发动机了。涡桨发动机(全称涡轮螺旋桨发动机)相比于涡扇发动机(涡轮风扇发动机,常见于民航客机的那种喷气式发动机,可以看到里边转动的扇叶)更加省油,能够获得更远的航程和空中飞行时间。而涡扇发动机的好处就是推力更大,而且便于维护。
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实际上,就目前世界范围内来看,轰炸机就那么几种,唯一使用螺旋桨动力的,也就是只有俄罗斯还装备的图-95“熊”了,图-95类似美国空军装备的B-52,以今天的请款看,其现代化改进程度比不上后者,但总体战力相距不大。在叙利亚战争中多次上阵,一样承担的也是远程空射巡航导弹载机的任务。
图-95的发动机跟二战时代轰炸机的发动机不一样,二战时代轰炸机的发动机,主要是液冷或者气冷式活塞发动机,而图-95轰炸机的发动机,则是动力更强大的涡桨发动机,库兹涅佐夫设计局HK-12,每台额定功率高达11014千瓦(14975马力),推力为11.77千牛(1200千克),耗油率为0.326千克千瓦·小时(0.24公斤马力·小时)。发动机驱动两个AB-60H型反转可逆桨距螺旋桨,螺旋桨直径5.6米。此外还装有48千瓦(64.8马力)的涡轮起动机,转速36000转分,这种发动机还装备在安-22运输机和图-114客机,创造了世界上飞的最快的螺旋桨飞机,世界上最大的螺旋桨推进运输机的记录。机翼油箱连同机身油箱一起共可带燃油74000千克。
需要注意的是,NK-12并非是苏联人独立设计制造的,这一点经常被人遗忘,战后初期苏联的多种型号新式发动机,事实上都是二战时代德国技术的升级版本,NK-12也是。NK12在低速飞行的时候,其动力主要体现在那对巨大的对转螺旋桨上,但一旦进入高速飞行状态,其动力事实上已经主要依靠发动机喷射的气流,螺旋桨这个时候已经处于顺桨状态,不仅不再为飞行继续提供动力,反而成为阻力,换句话说,高速飞行时候的NK-12已近成为一款喷气式发动机。
由于诸多因素的限制,诸如无法进行超音速飞行,破坏隐身效果等,未来轰炸机将全部使用喷气式发动机,装备NK-12的图-95,在未来也会变成那头永远的熊。
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螺旋桨飞机最大的优势就是采购成本低、使用成本更低,性价比高是螺旋桨飞机经久不息的重要原因。
空军部队为了节省军费也会想尽办法省钱,而对空战技术指标要求不是很高的轰炸机就成了省钱的对象,因此很多轰炸机、运输机都是使用螺旋桨发动机,俄罗斯的图-95、美国的C-130等都是其中的代表,它们使用的螺旋桨、涡桨发动机对燃油的品质和消耗量要求都不高,也不用花力气维护保养,巨大的节约作用让俄罗斯、美国都爱不释手。
螺旋桨飞机相较于喷气式飞机在低空、低速状态的性能上也有一定优势,
著名军事专家尹卓谈起美军替换A-10攻击机的巴西巨嘴鸟时,就说美国的一些飞行员在考察体验了名为巨嘴鸟的螺旋桨攻击机时,感叹道:“以前都白活了”,言外之意就是喷气式飞机的低速性能远不及螺旋桨飞机,尤其是在攻击机领域飞的太快反到对作战不力,也就说在低空、低速任务中螺旋桨飞机胜过喷气机。
螺旋桨飞机更容易操作和培养飞行员训练,
细心的军迷肯定发现,在喷气机诞生后教练机依然是传统的螺旋桨飞机,只有个别国家将喷气机作为教练机使用,这是因为螺旋桨飞机拥有远比喷气式飞机更好的可操作性,新手飞行员很容就可以控制,著名的德国FW-190战斗机就是这样一款极易操作的飞机,身为飞机设计者的沃尔特-谭克博士也能驾驶,易于操作就意味着训练费用更低,其实也是更省钱的优势,使用螺旋桨舰载机的二战航母,和今天使用喷气机的航母相比飞行员训练成本已经上涨了几百倍。
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螺旋桨
,这东西相较于喷气的亲戚来讲,省油而且也易于维护,
速度较慢能取得相对长的滞空时间,
相对战斗机成本低廉,可以实现较低成本的大载弹量低空攻击
,搞小单发可以充当轻型攻击机或在低威胁空域执行侦查巡逻(第三世界国家老旧战机)。还有
起降场地要求低,起飞和降落的滑跑距离短,
搞大多发可以像图95那样的。很大的缺点战场生存能力弱。
而
喷气式飞机,主要优点是
速度快,爬升和生存率高,性能优良,机动性好,适合中高空战斗。缺点就是由于涡喷发动机速度高、推力大,在较低的速度下,由于耗油率太高,不经济,还有维护技术难度比螺旋桨这类飞机要高。
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螺旋桨轰炸机也仅仅是俄罗斯等经济不景气的国家才有,美欧等国早已经摒弃了这种设计。而且表面上看着是螺旋桨轰炸机但实际上他它是
“涡浆轰炸机”
,也就是一种喷气式发动机的变种,早期的喷气式发动机仅仅依靠进气道吸收空气,在燃烧室内与燃油充分混合后燃烧向后喷射高温气体,但是这种设计很难确保燃油充分燃烧,为了获得更大推力设计师在进气道前方加装了空气压缩机,在增加进气量之后进一步保证燃油充分燃烧以产生更大推力,对这种设计进一步升级演化的改进都集中在压缩机上。
实验证明压缩机直径越大收集的空气就越多
,进一步扩大后的压缩机直径超过了喷气机的进气道,有一部分风力直接向后喷射以增加推力,而更大胆的设计师脑洞大开将压缩机叶片的直径扩大到二战活塞战机的螺旋桨那么大,这就诞生了本文讨论的
“涡浆发动机”
,由此可见涡桨发动机有直径非常大的“压缩机”它的进气量是其他喷气机难易相比的,因此燃烧室的燃料可以非常充分的燃烧,这就带来了涡浆发动机最大的优点
“省油”
,省油就意味着更加省钱,经济实惠是穷国偏爱涡桨发动机的主要原因。
除了省油之外涡浆发动机更易于维护,使用成本非常低。因为压缩机被做的像螺旋桨那样巨大,它的维护和使用更加简单。而前不久传出美国F-35战机发动机压缩机叶片出现裂痕的技术事故,张将军评价说:“这正好说明了美军的认真仔细,也反映出F-35的技术顽疾”,可见小直径压缩机不仅增加技术难度更是提高了事故风险,这就是为什么涡桨发动机更安全可靠的原因。
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优势,有。
当然,如果盲目地比拼轰炸机这个方面,显然很难将螺旋桨式飞机和喷气式飞机两边的优势比拼出来,因此我就挑一个事例给大家详细的讲一下螺旋桨式飞机比喷气式飞机优点在哪里?
几年前,美国方面批准了一个计划,就是允许将二战时期使用的野马式螺旋桨战斗机,重新进行翻修整顿,然后交给阿富汗的美国军队进行使用。
这件事情一出,当时全世界的舆论都哗然了,美国人在阿富汗战场使用的飞机,延续着这样一个规律,心是用最先进的f22接着派还不时5x六在接下来感觉这些东西都浪费了,派了A10,最后的最后,现在美国人要把老古董野马战斗机给派出来,是全世界的意识跟不上世界潮流了,还是美国人自己脑子脱线了。
最终,我们又仔细地分析了一下,螺旋桨式战斗机和喷气式战斗机两个战斗机不同的特点之后。才知道,美国人做这件事情确实是良苦用心。
首先,对于阿富汗这个情况而言,他的大部分地方没有专用的飞机跑道,因此,美国那些先进的高大上的战斗机,他不能够直接从阿富汗起飞降落,而是需要从其他地方千里迢迢飞到阿富汗上空,支援他们进行作战,但是对于螺旋桨战斗机而言,只需要一条400米长的土跑道飞机就能够起飞。
并且对于螺旋桨式战斗机而言,在高空遇到喷气式战斗机或许只有死路一条,但是一旦进入低空低速缠斗阶段,那么螺旋桨战斗机可以说是占据着天时,地利,王老吉,有人说这有什么用?
其实这一点得想到现在的这种大型的战略轰炸机,尤其是像B52这种大型的轰炸机进入敌方领空的时候,究竟会议是一种什么样的情况,这个时候,前面的防空导弹雷达全部已经被f2,B2f,15,f16系列战斗机清理干净了,这个时候才轮到B52过去把这个剩下来的东西一股脑全部扫个干干净净,在此时此刻,B52图95两款战略轰炸机,它的性能是一样的……
此外,对于螺旋桨式战斗机而言,它的维修特别便利,螺旋桨是发动机通常比较在意的就是发动机过热的问题,换句话来讲,这款发动机,只要发动机不过热,那么还可以接着用下去,但是喷气式发动机就不同了,喷气式发动机比较经过,只要稍微吸入一点点灰尘就有可能造成整个发动机的罢工,比如前几年没有连带检查f35战斗机的时候就是因为发现他几千个扇叶里面有一个扇叶出现了裂缝,停止了所有f35的起飞计划,由此可以看见在维护性方面,螺旋桨式战斗机比喷气式战斗机,拥有着更加好的,便利性。
与此同时,由于螺旋桨式战斗机,它的研发的技术水平起点比喷气式战斗机的技术水平起点要低,因此对于军事工业底子比较薄的国家来说,发展螺旋桨式战略轰炸机显得更加可行,这个东西毕竟可靠,我说你盲目的发展喷气式战略轰炸机的话,飞机能不能飞起来这是另一个问题,就连这发动机能不能跟的上飞机的产量,都是一个最大的问题。
最重要的是螺旋桨式战斗机比一起喷气式发动机更加便宜,这不行,体现在飞机的单位造价上面,更体现在了飞机接下来到维护费用,飞机仪器的使用费,f22只要起飞一个小时,就要烧掉几万美金,而一架螺旋桨式战斗机,比如说,美国人最新改进的野马是战斗息差飞一个小时,只要几百美元,这一下子高下立判。
当然,对于所有的国家来说,飞机越先进越好,速度越快越好,载重量越大越好,所以我发现只要国家的实力,领取任何国家都愿意追求喷气式战略轰炸机,这并不是追赶潮流,或者盲目随从,而是一种对于自身国家工业改进的一种必然措施,一架大型的喷气式战略轰炸机上面运在着太多,一个国家需要的工业实力和工业底子,当一个国家真正能够掌握一款大型的喷气式战略轰炸机的时候,这个国家已经彻底卖了世界一流军事强国的体系之中,这一点是无可厚非。
总之,预祝我国大飞机战略能够获得成功。
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就我的知识看来现在的轰炸机只有一款是采用螺旋桨,这就是俄罗斯的图-95战略轰炸机。除了这个之外都是采用涡扇发动机或者涡喷发动机的轰炸机了。而且世界上拥有大型轰炸机制造能力的国家是有三个,分别是俄罗斯,美国和中国。
美国装备的是B-2A,B-1B和B-52H三款战略轰炸机,从上个世纪50年代开始B-52H就加入美国空军服役,未来将继续用到2040年左右。另外的B-1B战略轰炸机是一款超音速轰炸机,俄罗斯也有一款与之对应,这就是图-160战略轰炸机,这是世界上最大的轰炸机,采用的发动机是涡扇发动机。美国拥有世界上首款隐身战略轰炸机B-2A,而且至今也是唯一的,这款轰炸机的成本等于同等重量的黄金价格。
从全球的战略轰炸机看只有图-95是采用螺旋桨发动机来驱动,其实这个是与当时发动机的技术水平有关系。在发展图-95战略轰炸机的时候,大推力涡扇发动机才开始没有多久,为了满足超远航程的需求,从1951年开始苏联选择了涡桨发动机作为在研制的图-95战略轰炸机的动力。
要说螺旋桨发动机与涡扇发动机相比的优点就是省油,在目前的技术水平下就存在这一点优势。不过本质上涡桨发动机和涡扇发动机的核心是一样的。
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从两个方面回答这个问题:一是轰炸机和战斗机作战形式的区别;二是涡浆和涡喷发动机的区别。结论就是涡浆发动机比涡喷发动机更匹配轰炸机需求。(另现代轰炸机多采用涡扇发动机。)
一、轰炸机与战斗机作战形式不同
轰炸机:具有
突击力强、航程远、载弹量大、机动性高
等特点,是航空兵实施
空中突击
的主要飞机。武器系统包括各种
炸弹、航弹、空对地导弹、空舰导弹、巡航导弹、深水炸弹
等。
轰炸机按起飞重量、载弹量和航程的不同大致分为战术、战略轰炸机。战术轰炸机载弹不大于5吨航程在3000千米以下,最大起飞重量不超过二十多吨,已被战斗轰炸机和攻击机全面替代。战略轰炸机可载弹10~30吨,航程8000至12000~13000公里左右,最大起飞重量超过100吨,也称远程轰炸机。
因此轰炸机希望飞得远,带弹多!
Tu-95 轰炸机
战斗机:主要任务是与敌方战斗机进行
空战
,夺取
空中优势(制空权)
。其次是
拦截
敌方轰炸机、强击机和巡航导弹,还可携带一定数量的对地攻击的武器,执行对地的攻击任务。
战斗机通过中距空中格斗,近距离缠斗击落敌机以获得空中优势,或为己方军用飞机护航。
因此战斗机希望飞得高、飞得快、机动性好!
F-35战斗机
二、涡浆发动机与涡喷发动机的比较
早期飞机使用活塞发动机作为动力,现代飞机使用燃气涡轮发动机作为动力。根据具体形式又可大致分为涡喷、涡浆两种形式。直观的说直接靠燃气涡轮发动机喷气带来的反冲力产生推力的是涡喷发动机,主要靠燃气涡轮发动机带螺旋桨产生推力的是涡浆发动机。(其他尚有涡轮风扇发动机和涡轮轴发动机,本文不展开)
涡浆发动机发动机和涡喷发动机的直接动力来源都是——燃气涡轮,其主要工作原理是,空气经过压气机压缩进入燃烧室,燃油在燃烧室与空气混合燃烧产生高温高压的燃气,燃气在涡轮里面进行膨胀做功,最后从尾喷口喷出。
涡轮螺旋桨发动机示意图
优缺点比较:
在马赫数 Ma<0.6 的速度下涡轮螺旋桨发动机效率最高。
在亚音速(Ma<1.0)条件下,涡轮喷气发动机的推进效率最低。
当飞机飞行速度超过音速后(Ma>1.0),涡轮喷气发动机的推进效率则迅速提升,即使在马赫数 2.5-3.0 范围下,涡轮喷气发动机的推进效率仍然可以达到 90%。
涡轮喷气式发动机
三、两种发动机的匹配应用
前文已述及,轰炸机要飞得远、带弹多。因此发动机的效率尤为重要,发动机效率高说明:
同等燃油携带量和弹药携带量的情况下,飞得更远,作战半径更大;
同等弹药携带量和作战半径下,燃油携带量可以更小,利于飞机结构总体设计;
同等飞机和作战半径下,燃油携带量小,有利于提高弹药携带量;
而对于涡浆发动机飞不高、飞不快的问题,对于轰炸机执行任务来说是可以接受的。毕竟轰炸机执行任务时,有战斗机护航。
涡轮风扇发动机
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