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15000轉是機械硬盤轉速的天花板,高速電機15000轉

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電機轉速能超過航空發動機的轉速嗎？

15000轉是機械硬盤轉速的天花板,高速電機15000轉


很多讀者認為航空發動機能夠驅動大型飛機進行高速飛行，因此轉速一定很高，其實這是一種誤解，航空發動機的轉速其實遠沒有大家想象得那樣快，它甚至沒有高速電機的轉速高 。比如俄制“三姨夫”小涵道比噴氣式發動機（AL-31FN型戰斗機噴氣式發動機），在起飛點時90.5%的物理轉速為12000轉/分，打開加力燃燒室進行超音速飛行時100%的物理轉速接近13000轉/分鐘（具體參數不詳） 。
大涵道比大型民航客機發動機轉速略高，比如說波音737客機使用的CFM56－7B型發動機，它的N1轉子在起飛點91.3%的物理轉速僅為5380轉/分，N2為15180轉/分 。稍大一點的客機發動機轉速稍微高一點點，比如說波音777使用的GE-90型大型發動機，100%物理轉速時N1轉速12300轉/分，N2為16000轉/分 。
航空發動機的作用是產生推力，它的基本原理是通過吸入大量空氣，在燃燒室與燃油混合成油氣混合體燃燒，產生高溫高壓燃氣驅動渦輪高速旋轉，再次吸入更多空氣，然后噴射高溫、高壓氣流，從而產生巨大推力推動飛機高速運動 。▼下圖為研發階段正在以100%物理轉速進行試車的美制F119航空發動機，它裝備于F-22戰斗機，我國不具備研發這類大推力航空發動機的原因正是轉速問題難以解決，而制約轉速的核心問題就是葉片材料技術難獲突破，如果世界上有一種既能耐高溫，又具備高強度的材料，那么從理論上來講，航空發動機的轉速可以做到無限高，可見航空發動機技術的掌握實質上是材料技術的掌握 。
比如美制軍用小涵道比F119型航空發動機，它的最大推力達到了35000磅，相當于160千牛，升級版的F135型航空發動機更是達到了驚人的40000磅，相當于180千牛的推力，是真正的“能讓板磚飛起來”的航空發動機 。航空發動機的轉速越高，所產生的推力也就越大，比如說俄制“三姨夫”航空發動機，當轉速接近13000轉/分時就能產生122千牛的推力，能讓飛機進行M2速度飛行的動力 。
【15000轉是機械硬盤轉速的天花板,高速電機15000轉】電機的轉速可就比航空發動機的轉速高太多了，比如說近防炮系統使用的直流無刷伺服電機，其最高轉速竟然達到了驚人的100000轉/分，即便是電腦硬盤使用的高速永磁電機最高轉速也有15000轉/分 。因此電機的轉速肯定是比航空發動機轉速高太多的，換句話說就是電機永遠比航空發動機更容易實現高轉速，在這一點上航空發動機沒法跟電機相比 。
▼下圖為正在進行實彈攔截演練的陸盾-2000近防系統，近防系統能實現靈活轉向、準確指向的原因就是伺服電機技術的實用化，這類電機的特點之一就是轉速極高，因此許多領域都有應用，其中還包括機器人，航空發動機的轉速似乎永遠不可能趕上這類高速電機 。那么問題就來了：既然航空發動機的轉速越高推力就越大，那為什么不把航空發動機的轉速提高到超過高速電機，以此來獲得更大的推力呢？事實上航空發動機的核心技術就在轉速的提高上，就單純的提高航空發動機轉速這一項技術而言，并不存在太高的難度，理論上來講只要加大給油量以及風扇葉片數量，航空發動機的轉速就會不斷提高，達到伺服電機的100000轉/分也不是問題 。
問題在于航空發動機的運行環境是一個存在高溫、高壓的惡劣工況里，這就意味著發動機必須面對兩個困難——材料的承受極限以及燃油供給 。就來說一說最核心的材料問題吧，當航空發動機轉速達到100%物理轉速時，渦輪葉片除了需要承受1700℃高溫以外，還要承受氣流產生的巨大壓力 。以美制F119戰斗機航空發動機為例，當飛機進行M1超音速巡航飛行時，每一片尺寸跟手機差不多大小的葉片相當于始終在承受23噸的重量影響 。

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