[科普中国]-动力提升

推重比

推重比是飞机和航空发动机重要的技术性能指标，飞机发动机推力与发动机重力或飞机重力之比，它表示飞机发动机或飞机单位重力所产生的推力。飞机发动机在海平面静止条件下于最大状态（加力发动机为全加力状态）所产生的推力与发动机结构重力之比称为飞机发动机推重比。一般来说，战斗机的推重比较高，轰炸机和其他大型飞机的推重比较低。提高发动机推重比要通过气动热力学的进步、部件综合设计技术的提高、结构简化减重、材料工艺等专业共同努力才能实现。

喷气发动机产生的推力和所在海拔高度相关，同时飞机自重的计算也没有统一标准，因此推重比在不同情况下的计算会产生不小差异。

增大推重比有两个途径，减小飞机自重，采用更轻的材料制造，或者是增大发动机的推力。1

推重比影响因素在当代高性能发动机参数的基础上,依靠气动热力学的进步和配以相应材料、工艺技术，发动机推重比可达到约12；进一步依靠发动机部件设计技术的提高,减少叶片机级数、采用整体叶盘结构、高通流设计，可使发动机推重比达到13～14左右；要想使推重比达到15，还需采用强度高、比重小的非金属和金属复合材料。将影响小涵道比的加力涡扇发动机推重比的因素作如下整理。2

发动机总体循环参数对推重比的影响1、涡轮进口温度的影响，提高涡轮进口温度,能有效地提高推重比，但这带来两大技术问题：(1)如仍使用当代高性能发动机涡轮材料，则涡轮叶片平均冷却效率要求达到约0.738，提高约12%，使涡轮冷却设计非常困难；(2)由于涡轮进口温度的提高，为保证内、外涵参数匹配，必需提高风扇压比，减小高压压气机压比，使风扇的平均级负荷增加约9%，增加了风扇和低压涡轮设计难度。

2、发动机总增压比的影响，纯提高总增压比，并不能提高推重比，在高增压比下，推重比反而下降，由于总增压比的提高，需要的压气机/涡轮功增加，可用于产生推力的燃气机械能相对比例下降。

3、涵道比BPR的影响，高推重比的发动机仍应采用小涵道比。3

部件气动、热力设计技术对推重比的影响1、部件效率的影响。提高部件效率尽管可以使油耗有所下降，但对增加推重比并不很明显。

2、涡轮冷却设计的影响。减少用于涡轮冷却的空气量，可以有效地提高推重比，但极限情况下，即完全不用冷却，也只能使推重比达到11左右，但这对涡轮的设计，涡轮的可靠工作带来极大困难。

3、高通流设计的效果。提高进口气流速度，可以提高单位流通面积的流量，从而减小进口直径，减轻重量，提高推重比。

结构设计技术的进步对推重比的影响要保证上述气动热力参数的实现，结构设计技术相应应有所提高。

材料工艺的进步对提高推重比的影响为了实现气动、热力、部件设计，结构减重等技术进步，必须有材料的相应支持，适合于推重比12～15发动机的材料应该是：

1、耐高温材料；

2、高比强度和高比刚度；

3、量使用轻质金属和非金属材料。4

比冲比冲，或称比冲量（英文：specific impulse），是用于衡量火箭或飞机发动机效率的重要物理参数。比冲的定义为单位推进剂的量所产生的冲量。如果用重量描述推进剂的量，比冲拥有时间量纲，国际单位为秒；如果用质量描述推进剂的量，比冲以速度量纲表现，国际单位为米每秒。由于在计算上比冲可以写为推力与推进剂重量或质量流速之比，故又称比冲为比推力（英文：specific thrust）。

火箭发动机单位重量推进剂产生的冲量，或单位重量(力)流量的推进剂产生的推力，又称比推力。比冲或比冲量是对一个推进系统的燃烧效率的描述。比冲的定义为：单位质量的推进剂所能带来的冲量(动量的改变)，单位为米/秒(m/s)或牛·秒/千克(N·s/kg)，工程上习惯使用秒(s)。比冲越高代表效率越好，亦即可以用相同质量的燃料产生更多的动量。5

比冲影响因素是衡量火箭发动机特性的重要参数，单位是秒（s）。比冲大小对火箭的射程影响很大，比冲越高，射程越远。要获得高比冲推进剂，要求推进剂具有高的化学能、高的燃烧效率和高的喷管效率，喷管形状直接影响比冲的大小。

比冲量越高，火箭获得的总动力越大，最终的速度越快，典型的固体火箭发动机的比冲量可以达到290秒，液体火箭主发动机的比冲量则是300至453秒，而离子发动机则能获得更大的比冲量。按照上面的定义，用物理学的单位换算，比冲量的单位是米每秒m/s，与速度V单位相同：FT/M=MV/M=V，与上述简化单位相差一个重力加速度g：FT/M=MgT/M=gT。例如“比冲量可以达到290秒”是指火箭喷出的燃料的速度可以达到290*g=2900m/s。比冲量与火箭喷出的燃料的速度成正比，要提高比冲量，就要想办法提高火箭喷出的燃料速度。比冲量的极限即为燃料喷出速度达到光速，换算成以秒作单位则是3×108秒。5