艾里逊的复合涡轮

2021-07-05 13:55 作者:徐祺七 0人读过 | 我要投稿

根据罗罗信托出版的罗伊费登传记大概1938年之前费登就有了以大力神为基础的复合涡轮构型设想，不过布里斯托似乎一向对提升高空性能比较迟钝，所以没什么接下来的发展，据说后来费登旅美期间把套筒阀的构想大力输入了美国各个发动机产商，说不定其中也会有复合涡轮技术的交流、

据说美国人这方面走的更早一些，NACA很早就在研究复合涡轮构型的发动机，在1941年5月21日的一次会议上他们就要求艾里逊开始研究复合涡轮，虽然当时艾里逊还在捣鼓自己的辅助级增压器，这项工作在1943年才开始稳定下来，于是复合涡轮的工程得以正式开始，他们选择了GE的涡轮增压器为蓝本进行简单的改造，不过后来发现V-1710的排气温度对于这种改造的涡轮机来说太高了，于是艾里逊又转而开始研究自己的涡轮机，相比GE的改装型号艾里逊的构型更加先进一些，还使用了空心叶片并且叠加了一个涡轮级。

艾里逊复合涡轮第一个叫得上名字的型号就是V-1710-E27，使用的涡轮是GE的CH-5型，这种涡轮也是P47N/M的装备，改修适配V-1710之后被称为CT-1涡轮机，CT-1的最大容许进气温度是1725degF，比CH-5在服役时限制的1600degF还要高，但这也不能满足V-1710的使用要求，在实际测试时就算是正常的富混合气，比率为0.08磅燃料:1磅空气时，哪怕喷射了足够的adi液，发动机在100inHg进气压下排出的废气温度也高达1825degF，它们不得不自己去开发目标为耐受1950degF的涡轮机。

1945年1月E27的合同正式被批准，当时它的名称是重1938磅且为P-63适配的一种新型发动机，E27的基础是V-1710-109，测试的模型于同年6月完工，而第一台也是唯一一台整机与9月完成，并进行了测试，使用油料为100/130

艾里逊随后提出为E27增加一个后冷器，

改善后的性能如下：

E27的动力表现是很惊人的，在实际测试中CT-1可以为发动机恢复890hp，如果与发动机本身连接的话整机功率将高达2980hp，测试条件是发动机转速3200rpm 高度11000英尺喷射ADI 发动机进气压100inHg

作为载机的P-63H更多只是作为一个测试平台而开发的，E27安装时外露的排气管则是为了辅助冷却废气

不管如何，E27还是初步证明了复合涡轮发动机的巨大潜力，上图是艾里逊提出为发动机更换一个效率更高更能耐受高温的自产涡轮机之后预估的E27性能，马力达到了惊人的3090hp，而同时巡航时的油耗率低至0.365lbs/ hp-hr，也就是0.166g/hp-hr，对比二战其他型号发动机动辄在0.2乃至0.3+的耗油率来说，性能十分亮眼，具体可以参考以前的专栏：https://www.bilibili.com/read/mobile?id=8044547

艾里逊的还有一个复合涡轮的产品叫做cruise feed back exhaust gasturbine，它们认为现有的涡轮机不能同时优化发动机不同状态下的歧管气压，比如高低海拔，战斗/巡航动力档等等，都会造成复合涡轮的涡轮机效率严重不同，如果只为追求高功率的话V-1710使用复合涡轮已经能达到超过3000hp，但是实际飞行时飞机并不是永远都在追求高功率的，于是专门为巡航状态时设计的复合涡轮涡轮机诞生了，理论上足以减少15%的巡航时油耗。

后续的巡航动力回收涡轮机增加了一个第二级，艾里逊认为在高空巡航时大气压力会非常的低以至于即使经过涡轮机的一级压缩之后气流还有压榨的余地，于是第二级增加了一个直径略大的叶轮，如下图所示的一个版本，重量预估为85磅，能在巡航时为发动机恢复高达300hp的动力。

E27之后的下一个型号名称是V-1710-G10，是艾里逊为P-82E/F设计的，G10的特点是它的后冷器以及去除了辅助级增压器的设计，复合涡轮的涡轮机直接取代了传统机械增压器的位置，G10的计划功率较E27更低一些，只有2550hp，但我们也能发现它的尺寸大大紧凑了起来，艾里逊计划P-82可以通过更换G10型号的发动机获得13%的航程收益，不过当艾里逊的总工程师ron hazen在1946年6月3日推荐给部队时，部队并不对这玩意感兴趣，除开喷气发动机的原因外，主要是P-82的航程已经接近飞行员的体力极限，再增加毫无必要，而且Hazen提出他们需要两年时间将G10投入服役状态。

我们可以看到涡轮机的位置偏离了中轴线，这是艾里逊为了发动机的其他附件预留的空间