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什么飞机发动机需要用炸药启动?原理是什么?

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所说的炸药启动是飞机涡轮启动机的一种,也就是火药涡轮启动机。因为启动过程复杂,火药供应储存都是一个难题,单次启动成本高,这些都限制了其发展。目前该种启动
什么飞机发动机需要用炸药启动?原理是什么?

所说的炸药启动是飞机涡轮启动机的一种,也就是火药涡轮启动机。

因为启动过程复杂,火药供应储存都是一个难题,单次启动成本高,这些都限制了其发展。目前该种启动方式基本很少采用。

美国的FM-2野猫战斗机就采用了火药启动方式。

通用汽车在1943年至1945年共计生产了4467架,FM-2采用涡轮增压式莱特R-1820-56“旋风”发动机,其性能大幅度超越上一代FM-1发动机,该机一直在护航航母上服役,直到被F6F“泼妇”代替。

该机启动方式比较特别,也就是提问者所说的需要炸药启动的飞机。

这是一种采用固体火箭燃料为能源的 高能起动机,最大的特点就是功率非常大、而自身重量轻、启动速度快、结构紧凑小巧不占空间,不需要地面供应能源,再不需要外来能源的情况下可以实现自起动。

但是该种启动方式单次启动成本过高,固体燃料存放运输都很困难,后来逐步被燃气涡轮启动机所取代。

燃气涡轮启动机更适合启动涡轮发动机,启动过程中扭矩可控,所以可以延长发动机的使用寿命,并且可以消除起动扭矩过载引发的危险。目前燃气涡轮起动机已经成为主流机型。

发动机工作前都需要启动的,应该见过“手摇式启动拖拉机”或者“手动转动螺旋桨”启动螺旋桨飞机吧?你说的火药启动发也就是发动机启动方式的一种,除此之外还有电机启动、涡轮启动、风车启动、液压启动、空气-燃油燃烧启动等原理制成的各种启动机,而火药启动机只是其中一种而已。在过去航空发动机技术不发达的年代,还是有个别老飞机用火药启动的,但是在燃气涡轮启动机技术成熟以后,火药启动基本已经在飞机上被淘汰了。

就目前来说,火药启动技术在一些导弹的微型涡喷发动机设计中还能见到,其基本原理和启动方式与飞机用的涡喷发动机基本一样,并且你也可以把导弹简单看做是一种“无人机”,所以搞清楚涡喷发动机的火药启动,你也就明白了这种技术是怎么回事,今天就根据涡喷发动机火药启动方式来谈谈其技术原理:

火药启动是指,利用火药启动器产生高温高压燃气,燃气冲击压气机或涡轮叶片带动转子旋转,从而完成发动机点火启动的过程。这种启动方式的成本比较高,并且只能启动一次,中途停机后无法再次启动,不适合飞机使用,但是对于导弹这种一次性消耗品来说,就比较不错。

在军用领域很多时候要求响应速度极快,比如说防空拦截弹或者反舰导弹的响应速度就必须快,否则就会错过最佳拦截/攻击时间,通畅要求较高的马赫数、高度范围和环境范围内迅速启动,这时候火药启动机能够快速、可靠的带动发动机旋转的能力就显的弥足珍贵了。

美国“鱼叉”导弹上的J402-CA-400涡喷发动机启动,就是通过两个火药筒产生的燃气冲击离心压气机实现,启动后导弹发动机的转速可以达到最大转速的约40%,火药在火药筒中燃烧的时间为2.4秒,燃烧平均压力为14.8MPa。通常来说,火药启动机由涡轮和燃气发生器组成,用电火花起爆器点着燃气发生器(火药筒)内的火药,火药燃烧产生的燃气通过冲击式涡轮输出轴功率,再通过离合机构和减速齿轮带动发动机旋转,从而完成整个启动过程。上图柯蒂斯公司研制的火药启动式发动机(用于起动的固体推进剂燃气发生器,其实就是火药筒),省去了传动机构,利用燃气引流管将燃气引出,直接冲击涡轮,从而带动发动机旋转。

具体的火药启动发动机布局结构,可以参见下图:

炸药启动未免过于夸张了,应该是火药启动,用火药启动飞机发动机的装置叫做“火药启动机”,它的作用与电动起动机完全相同,即为发动机运行提供启动动力。

比如说咱们的家用小汽车,在发动时需要柠一下钥匙,当起动机的电动马达得电运转以后便带动发动机运转,发动机随即开始自循环运行。

所以起动机的作用只体现在为发动机的启动运行瞬间提供启动动力,飞机的火药启动机也是如此,区别在于电动起动机由电能驱动,而飞机火药启动机由火药燃气产生的热能驱动。

火药启动机主要应用于导弹、火箭的发动机启动,飞机上的应用则是在过去,现在的飞机已经不再采用这样粗暴启动方式了。

火药启动飞机发动机的原理是什么呢?在解答这个问题之前,我们先来了解手摇式柴油机的启动原理,也就是国内最常见的拖拉机啦。

在使用手柄摇动柴油机时,人力赋予飞轮旋转力矩,从而带动气缸活塞做往复运动,同时喷油嘴开始向缸内喷射油气混合体,当飞轮旋转速度达到一定转速时,活塞与气缸在高速摩擦中发热,引燃油气混合体,这时候柴油机就完成启动了。

不仅柴油机能通过手摇启动,汽油机同样如此,它们的启动原理均是通过输入外力的形式得到启动动力,所以火药启动飞机发动机的原理也是如此,只不过把人力手摇的外力输入形式换成火药燃爆的外力输入而已。

它的工作原理是这样的:当飞行员需要启动飞机发动机时,按下火药启动机的启动按钮,火药启动机得电后击发药炷,火药在激发时向发动机喷射高温、高压燃气,从而推动发动机运转,同时高温燃气点燃喷油嘴喷射的油气混合体,发动机完成启动。

可见飞机发动机的火药启动原理基本上与手摇启动原理是一样的,那么问题就来了——飞机发动机为什么一定要用火药启动这种看似极端的启动方式呢?我们从以下几点来分析。

▼下图为活塞式飞机发动机的火药起动机正在安装启动药炷,药炷的形态与霰弹枪的子弹相同,直径约为20mm,内装填8克双基硝化棉,击发方式为电击发,所以火药起动机的药炷本质上是一发空包弹,启动原理是通过火药的高温、高压燃气驱动发动机转动。

火药启动的目的是为了替代手摇启动

从飞机问世到第二次世界大战爆发之前这30多年间(1903年~1936年),飞机的发动机分为柴油机和汽油机两种,它们均是活塞内燃机。

这个时期的发动机有一个共同特点,那就是启动难,在启动之时都需要通过人工摇动手柄的方式向发动机输入外力来完成启动,机动车发动机如此,飞机发动机同样如此。

手摇启动方式的问题在于操作过于繁琐,如果说这一点对于在地面上行驶的机动车而言尚且可以忍受,那么对于在天上飞的飞机而言是难以接受的,尤其是投入战争的作战飞机。

我们用国产运-5型运输机的原型机安-2运输机来例举:该型飞机是前苏联安东诺夫设计局于1946年设计的轻型多用途单发双翼运输机,它的发动机为AⅢ-62NP气冷单排星形9缸活塞汽油发动机。

最初的安-2运输机就是依靠人工手摇启动的,当飞机需要起飞执行任务时,飞行员在驾驶舱做好起飞准备,然后两名地勤人员使用一柄摇把插入发动机中同时用力快速摇动,当活塞被摇至500转/分钟时,发动机就被成功启动了。

为了解决手摇启动这样的繁琐操作,人们发明了火药启动机,用火药燃爆时发出的动力来代替人力手摇启动。

火药启动机本质上是一个枪械发射装置,而启动机所使用的启动药炷本质上是一发空包弹,当飞行员接通火药启动机电源以后,火药启动机就像枪械击发子弹一样击发药炷,当药炷被激发以后就向发动机释放高压动能,飞机发动机因此而启动运行。

火药启动机的发明使飞机的启动变得简单和便捷,飞行员在启动飞机发动机时不再需要地勤人员的麒麟臂配合,按一下启动键,发动机在发出“砰”的一声巨响后就完成启动,然后开始起飞,可以算得上是技术的进步了。

▼下图为我军现役的运-5运输机舱室特写,红色箭头指示的是该型飞机位于副机长座椅后面的手摇启动摇把,当飞机在飞行中发动机突然停车时,机长负责控制飞机,而副机长就要使出浑身吃奶的力气来使用摇把摇动发动机重启了,相对于火药启动而言,手摇启动除了操作复杂以外还特别考验操作人员的体力。

蓄电池技术进步取代了粗暴的火药启动技术

也许有读者读到这里时会产生这样的疑问:为什么不使用更便捷的电动机来做为发动机的起动机呢?

答案是因为当时的蓄电池技术还不成熟,无法满足飞机的用电需求,而技术成熟的干电池由于电流过低,无法驱动电动机运行。

蓄电池技术在当时那个年代可不得了,简直就是以黑科技的形式存在,就好比现在的8纳米光刻机,地位相当于科技皇冠。

所以当时不管是汽车还是飞机,能用上性能稳定的蓄电池,那都是高科技、高端产品,这也是我国解放前后的汽车大部分都需要手摇启动的原因。

蓄电池技术趋于成熟后,首先是作战飞机开始采用电驱动启动机,随后才在在坦克、装甲车、潜艇等装备上广泛使用。

这时候飞机发动机就不再需要火药启动机来启动了,飞行员只要按下电门,电动机通过蓄电池的供电高速旋转起来,从而带动飞机发动机高速转动,几秒钟之内就完成了发动机启动,至此,用火药启动发动机的时代被终结了。

需要特别指出的是,当时的蓄电池技术虽然趋于成熟,但是相对想在而言技术仍然很落后,所以蓄电池亏电是非常快的。

为了解决这个问题,只能在飞机的机舱内增加手摇启动装置,这样一来,只要飞机的蓄电池亏电,飞行员就能在机舱内用手柄摇动发动机再次启动了。

这一点对于采用汽油机的飞机来说,飞行员会稍微轻松一点,因为相对于柴油机而言,汽油机的启动要稍微简便一些,所以飞行员手摇启动时并不是直接摇动发动机,而是摇动发电机发电,为蓄电池充电,然后再驱动启动机转动,它的原理与手摇电话机基本相同。

▼下图为国产10马力24V电动起动机,它可以驱动柴油机、汽油机、煤油机、重油机,现在看来它只不过是一个几百块钱的电气而已,但是在过去,电动起动机系统可是高科技,尤其是为其供电的蓄电池,地位不亚于现在的手机芯片。

综上所述我们可以得出这样的结论

第一、需要炸药启动的飞机发动机是过去的活塞式发动机,包括柴油机和汽油机,这些活塞式发动机在启动时需要外力输入驱动发动机转动,当转速达到要求以后就能成功启动,而外力输入方式是手摇驱动和火药驱动,而火药驱动的装置就是火药启动机。

第二、火药启动机启动飞机发动机的原理与手摇启动基本相同,都是以输入外力的方式驱动发动机转动,从而完成发动机的启动,区别在于手摇启动是通过人力摇动手柄驱动发动机转动,而火药启动机是通过向发动机喷射高温、高压燃气驱动发动机转动。

第三、由于火药启动机过于粗暴,很快就被电动启动机取代,电动机的应用则是得益于蓄电池技术的成熟,目前世界上几乎所有的内燃机都采用电动机来启动,而火药启动机只在火箭、导弹上使用。

知识延伸

火药启动机虽然被电动机取代了,但是这并不能说明它这样的启动方式是落后的,实事求是地讲,它只是对飞机、汽车、舰艇不适用而已,而对于火箭、导弹而言却是不可取代的。

我们用最具代表性的巡航导弹来例举,它使用的发动机与飞机的喷气式涡扇发动机是一样的,比如说国产长剑-10巡航导弹,它的发动机就是一台型号为WS-500的喷气式发动机(即涡扇500)。

如果采用传统的电动起动机来启动,那么导弹的重量将会明显上升,这无疑会降低导弹的运载能力以及射程。

所以只能使用火药启动机来启动导弹的发动机,当导弹被固体燃料发动机驱动升空以后,火药启动机随即被击发,用高温、高压火药燃气瞬间完成对发动机的启动。

运载火箭同样如此,在地面发射运载火箭时,火箭的点火装置在发射台上,这样能够大大减轻火箭重量,而当火箭升空以后,开始对第二节、第三节火箭进行点火启动时,就需要用到火药启动机了,即火药的高温、高压燃气驱动火箭点火工作。

▼下图为国产长剑-10巡航导弹(火箭军版称为东风-100)的心脏——WS500涡扇发动机(模型),它的启动必须使用火药起动机,否则导弹就要腾出更多的空间来安装电驱动起动机系统,这对于导弹而言是不切实际的,所以电动起动机机对火药起动机的“取代”只体现在飞机和汽车上,对于火箭和导弹而言,火药起动机是不可取代的。

飞机活塞发动机采用炸药药启动 是因为启动马力大,重量轻,适合二战螺旋飞机的减重需要。火箭液体发动机大多也是火药启动,具有结构简单、重量轻、安全可靠等优点,缺点是启动过程不可逆一次性使用,

用炸药?民航和军用领域都是闻所未闻,见所未见哪??

这是苏联的核战略轰炸机的启动方式,当时美苏争霸期间,苏联曾开发出了核动力战略轰炸机,这种战机就是以核动力作为驱动的飞行器,这是一款非常巨大的空中巨无霸,在飞行中几乎就是永动机,可以一直飞行下去。这种战机在启动的时候需要用炸药来点火核反应堆。

但是这款战机只生产出了试验机,并没有真正服役,主要是因为不实用。因为即便动力问题不需要考虑,飞机的飞行员也得吃喝拉撒,不可能一直待在战机上面。

其次,即便核发动机可以依靠核原料一直燃烧下去,可是战机是在大气层里飞行,这飞行会导致飞机机体受到磨损,飞机的飞行寿命也不过几千到一万多小时而已,这无法匹配核动力那种几乎无限的航程,所以刚试验便退役!其实在研究这款战机以前大家不是不知道这些问题,就是冷战时期的一种政治需要。

相对而言,美国也研发出了飞行器核动力发动机,但是他们并不是用来制造核动力战略轰炸机,而是旅行者号宇宙飞船,目前这艘宇宙飞船已经飞出了太阳系。

不是用电启动吗

汽车也有,可以问问老人家

所说的炸药启动是飞机涡轮启动机的一种,也就是火药涡轮启动机。

因为启动过程复杂,火药供应储存都是一个难题,单次启动成本高,这些都限制了其发展。目前该种启动方式基本很少采用。

这是苏联的核战略轰炸机的启动方式,当时美苏争霸期间,苏联曾开发出了核动力战略轰炸机,这种战机就是以核动力作为驱动的飞行器,这是一款非常巨大的空中巨无霸,在飞行中几乎就是永动机,可以一直飞行下去。这种战机在启动的时候需要用炸药来点火核反应堆。

但是这款战机只生产出了试验机,并没有真正服役,主要是因为不实用。因为即便动力问题不需要考虑,飞机的飞行员也得吃喝拉撒,不可能一直待在战机上面。

其次,即便核发动机可以依靠核原料一直燃烧下去,可是战机是在大气层里飞行,这飞行会导致飞机机体受到磨损,飞机的飞行寿命也不过几千到一万多小时而已,这无法匹配核动力那种几乎无限的航程,所以刚试验便退役!其实在研究这款战机以前大家不是不知道这些问题,就是冷战时期的一种政治需要。

相对而言,美国也研发出了飞行器核动力发动机,但是他们并不是用来制造核动力战略轰炸机,而是旅行者号宇宙飞船,目前这艘宇宙飞船已经飞出了太阳系。

没听说过用炸药启动飞机的,只听过用助推火箭帮助飞机短距起飞的。例如美国130运输机就是这样做的,效果非常好。其实固体火箭用的燃料,也可以理解为是一种炸药,只不过它在燃烧做工时不像炸药那样反应剧烈而已,而是一点点释放能量的。

标签:汽车新闻,启动,发动机

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