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T O P I C R E V I E W
dasha
Posted - 04/28/2024 : 09:38:19
早期噴射引擎設計，英國19世紀科幻小說作家George Griffith之子Alan Arnold Griffith，1926年提出的論文是軸流設計，而1928年最早提出噴射引擎專利的Frank Whittle是離心設計，雙方曾為皇家空軍上司下屬關係，但鬧翻了以後，Frank Whittle獨立開公司搞離心引擎，上司Alan Arnold Griffith留在官方單位搞－離心引擎，直到1938年他才回頭搞自己提出的軸流引擎……結果被1936年開始研發軸流引擎的德國搶先。
Frank Whittle的引擎採用逆流燃燒室（reverse flow type combustion chamber），可以活用離心壓縮機製造的龐大不必要空間，且渦輪可以貼緊壓縮機，不用把燃燒室夾在壓縮機與渦輪間，縮短渦輪軸長度，但燃燒室氣流轉向太浪費能量，同時德國的HeS系列離心引擎實際推力都比計畫推力低40%，就是這原因，這導致Frank Whittle後來與勞斯萊斯鬧翻，勞斯萊斯自己設計引擎時，就換成現在常識的燃燒室夾在壓縮機與渦輪中間設計，並且用河流的名子替引擎取名，意味氣流像河一樣順，不會逆流，這傳統留到現在，購併他廠引擎不算，自己設計的一定用河流名，因此看到河流名的引擎，也容易推測是與勞斯萊斯合作……
逆流燃燒室除早期引擎外，現在只用在一些非常要求緊緻的燃氣渦輪，比方輔助動力、直升機用渦輪軸、或本田那個Honda Jet的F120，但有個有趣例外，台灣TFE-1042的小叔叔，ATF3，美國唯一商業化的三軸渦輪扇引擎，但一般認為是失敗引擎，這是因為ATF3不僅燃燒室逆流，還逆流兩次，而且渦輪軸夾在低壓軸流與高壓離心之間，體積很小旦結構異常複雜，以致開發耗時，因此ATF3早在1968年點火，但1981年才通過認證，比1970年點火、1972年量產的TFE731-2還晚，要與1982年通過認證的第2世代TFE731-5搶市場，TFE731-2性能明顯劣於ATF3，但用新科技改良的TFE731-5就可說在伯仲之間，這時全新難修的三軸，與已經賣很好大家都習慣的舊雙軸系統，不管是公司內還是公司外，哪種佔優勢很明顯……但ATF3有個特點，燃燒室被多重轉彎管道與旁通氣流包覆，燃燒氣流與旁通氣流也充分混合，熱跡訊極低，1974年裝ATF3原型引擎上天的YQM-98雖然失敗，但至少引擎匿蹤是成功的，所以早期匿蹤計畫的Tactic Blue也選用ATF3。
現在渦輪扇的經典結構，風扇－壓縮機－渦輪，ATF3是少數例外，還有另一個、或2個有趣的失敗例外，比較早的CJ805-23與CF700：J79民用化CJ805-3、雙軸渦輪扇化CJ805-23，J79縮小版J85民用版CJ610的渦輪扇版CF700，都是壓縮機－渦輪－風扇的後裝風扇，這是因為J79以來的單軸設計，不同於其他雙軸設計，沒辦法讓前置風扇與壓縮機不同速度轉動，改雙軸往前拉那是重新設計引擎，但第2種轉速的軸往後拉就沒這問題。只是沒想到整個設計比想像中麻煩，一直冒出沒想到的問題，讓GE在引擎中搞一堆感測器抓包，下一個渦輪扇計畫就決定在引擎內搞一堆感測器去連結數位自動控制系統，結果下一世代的引擎，F404及CFM56為首這批，就因為這些控制系統，成為航空界最可靠的引擎……
雖然勞斯萊斯讓引擎氣流像河流一樣順，不過噴射引擎還是容易喘震，理由是只有1個轉速的壓縮機只能針對單一速度最佳化，但飛機要從停止到加速再停止，跨越很大速度，因此不僅某些速度會有壓力逆流之類現象，快速調整節流閥也會如此，解決方案要不是英國紫水晶/J65用的通氣瓣、J79的可變攻角扇葉、就是J57/奧林巴斯採用的不同轉速多軸壓縮機。而提出喘震成因帶來解決之道的人，Stanley Hooker，也曾替Alan Arnold Griffith做事，他剛開始的工作是替活塞螺旋槳引擎Merlin設計增壓器，噴火最主要的2個型號，噴火V/IX，就是靠他的增壓器才得以讓噴火對抗Me109及Fw190；後來他不僅參與一堆噴射引擎案，1969年點火卻搞到勞斯萊斯破產的RB211等三軸引擎，也是他為首一堆退休人士、噴射引擎初期就開始搞的英國人回鍋，才在1972年、比預定時程晚1年通過驗證，雖然這晚1年對配套客機的銷售帶來致命性負面影響，但同樣是三軸引擎，蘇聯1971年點火的D-36在1977年才生產，更不用說ATF3這種被兩度超車的引擎，三軸引擎只有英國成功商業化，理由是夠快夠早，最後靠的還是英美蘇三國噴射引擎廠共通的老師，Stanley Hooker這些老仙人的功勞……
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