双转子发动机的好处还不光是这些,因为一般来说双转子发动机的高压转子的重量比较轻,起动惯性小,所以人们在设计双转子发动机的时候,都只把高压转子设计成用启动机来驱动,这样和单转子发动机相比,双转子的启动也比较容易,启动的能量也要求较小,启动设备的重量也就相对降低。
然而双转子结构的涡扇发动机也并不是完美的,在双转子结构的涡扇发动机上,由于风扇要和低压压气机联动,风扇和低压压气机就必须要互相将就一下对方。
风扇为了将就压气机而必需提高转数,这样直径相对比较大的风扇所承受的离心力和叶尖速度也就要大,巨大的离心力就要求风扇的重量不能太大,在风扇的重量不能太大的情况下,风扇的叶片长度也就不能太长,风扇的直径小了,函道比自然也上不去,而实践证明函道比越高的发动机推力也就越大,而且也相对的省油。
而低压压气机为了将就风扇也不得不降低转数,降低了压气机的转数,压气机的工作效率自然也就上不去,单级增压比降低的后果是,不得不增加压气机风扇的级数来保持一定的总增压比。这样压气机的重量就很难降得下来。
为了解决压气机和风扇转数上的矛盾,人们很自然的想到了三转子结构。所谓三转子就是在二转子发动机上又多了一级风扇转子。这样风扇、高压压气机和低压压气机都自成一个转子,各自都有各自的转速。三个转子之间没有相对固定的机械联接。
如此一来,风扇和低压转子就不用相互的将就行事,而是可以各自在最为合试的转速上运转。设计师就可以相对自由的来设计发动机风扇转速、风扇直径以及函道比。而低压压气机的转速也可以不受风扇的肘制,低压压气机的转速提高之后压气的效率提高、级数减少、重量减轻,发动机的长度又可以进一步缩小。
但和双转子发动机相比,三转子结构的发动机的结构进一步变的复杂。三转子发动机有三个相互套在一起的共轴转子,因而所需要的轴承支点几乎比双转子结构的发动机多了一倍,而且支撑结构也更加的复杂,轴承的润滑和压气机之间的密闭也更困难。
虽然三转子发动机比双转子发动机多了很多工程上的难题,但有一家公司且对三转子发动机是情有独钟,它就是英国著名的RR公司。
RR认为,在三转子表面的困难背后还有着巨大的好处,那就是在转子数量上的增加换来了风扇、压气机和涡轮的简化。
比如,以RR的三转子发动机RB-211为例,与同一技术时期推力同级的双转子的JT-9D相比:JT-9D的风扇页片有46片,而RB-211只有33片;压气机、涡轮的总级数JT-9D有22级,而RB-211只有19级;压气机叶片JT-9D有1486片,RB-211只有826片;涡轮转子叶片RB211也要比JT9D少,前者是522片,而后者多达708片;但从支撑轴承上看,RB-211有八个轴承支撑点,而JT9D只有四个。
正是三转子发动机有以上的种种优点,所以英国的RR在三转子道路上是一路走到黑。除了RB-211系列以外,Trent系列(瑞达)和目前正在研发的TrentXWB系列,也都是三转子发动机。
除了RR以外,前苏联也是三转子发动机坚定的支持者,著名的图-160和图-22M轰炸机,以及米格-31都使用的都是三转子发动机(这里特别说明一下,米格-31除了三转子动力版外,还有一种双转子动力版,不过苏联装备的大多数米格-31,采用的都是双转子发动机,三转子动力版的米格-31是双转子米格-31的后续升级型,不过随着苏联的解体,三转子动力版的米格-31也跟苏联一样寿终正寝了,目前俄罗斯装备的米格-31全都双转子发动机)。
三转子发动机不但结构复杂,研制成本也高得出奇,在前苏联时期,苏联军方把三转子发动机作为未来的军用标准发动机,但随着苏联的解体,继任者俄罗斯虽有技术,但没有资金来研发三转子发动机了,所以三转子发动机在俄罗斯基本上算是被放弃了。(RR就是因为开发三转子把自己搞得破产,最后被英国政府收为国有。)
SU-27知道吧,它上面装备的AL-31涡扇发动机其实是过渡性的发动机,苏联政府真正打算的是,三转子发动机才是SU-27系列的标准制式发动机,可惜这种发动机只研发到一半,苏联就解体了,然后这种发动机就被永远的封存,研制队伍也被解散,AL-31就一直使用到今天,后来又推出了后续型号AL-41,也就是著名的117S,SU-35的动力系统。
美国对三转子发动机也有过研究,但并不是特别积极,像PW和GE都不掌握三转子技术,坚持走在双转子路上,唯一掌握三转子技术的只有威廉姆斯集团一家,不过他们生产的三转子发动机功率都很小,总功率还不到4KN(千牛)),与RR的没法比,RR的三转