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渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別是什么？

: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-02-13

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暈，渦什么和渦什么啊~，都說(shuō)說(shuō)吧~ （一）、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的原理渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，通常由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。部分軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)屬于熱機(jī)，做功原則同樣為：高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)首先從進(jìn)氣道吸入空氣。這一過(guò)程并不是簡(jiǎn)單的開(kāi)個(gè)進(jìn)氣道即可，由于飛行速度是變化的，而壓氣機(jī)對(duì)進(jìn)氣速度有嚴(yán)格要求，因而進(jìn)氣道必需可以將進(jìn)氣速度控制在合適的范圍。壓氣機(jī)顧名思義，用于提高吸入的空氣的的壓力。壓氣機(jī)主要為扇葉形式，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)氣流做功，使氣流的壓力、溫度升高。隨后高壓氣流進(jìn)入燃燒室。燃燒室的燃油噴嘴射出油料，與空氣混合后點(diǎn)火，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?，向后排出? 高溫高壓燃?xì)庀蚝罅鬟^(guò)高溫渦輪，部分內(nèi)能在渦輪中膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。由于高溫渦輪同壓氣機(jī)裝在同一條軸上，因此也驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而反復(fù)的壓縮吸入的空氣。從高溫渦輪中流出的高溫高壓燃?xì)?，在尾噴管中繼續(xù)膨脹，以高速?gòu)奈膊繃娍谙蚝笈懦?。這一速度比氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的速度大得多，從而產(chǎn)生了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的反作用推力，驅(qū)使飛機(jī)向前飛行。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 這類發(fā)動(dòng)機(jī)具有加速快、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是較早實(shí)用化的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)類型。但如果要讓渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)提高推力，則必須增加燃?xì)庠跍u輪前的溫度和增壓比，這將會(huì)使排氣速度增加而損失更多動(dòng)能，于是產(chǎn)生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)油耗大，對(duì)于商業(yè)民航機(jī)來(lái)說(shuō)是個(gè)致命弱點(diǎn)。（二）、渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的原理渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的推力有限，同時(shí)影響飛機(jī)提高飛行速度。因此必需提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。發(fā)動(dòng)機(jī)的效率包括熱效率和推進(jìn)效率兩個(gè)部分。提高燃?xì)庠跍u輪前的溫度和壓氣機(jī)的增壓比，就可以提高熱效率。因?yàn)楦邷?、高密度的氣體包含的能量要大。但是，在飛行速度不變的條件下，提高渦輪前溫度，自然會(huì)使排氣速度加大。而流速快的氣體在排出時(shí)動(dòng)能損失大。因此，片面的加大熱功率，即加大渦輪前溫度，會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)效率的下降。要全面提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，必需解決熱效率和推進(jìn)效率這一對(duì)矛盾。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的妙處，就在于既提高渦輪前溫度，又不增加排氣速度。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上就是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的前方再增加了幾級(jí)渦輪，這些渦輪帶動(dòng)一定數(shù)量的風(fēng)扇。風(fēng)扇吸入的氣流一部分如普通噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，送進(jìn)壓氣機(jī)(術(shù)語(yǔ)稱“內(nèi)涵道”)，另一部分則直接從渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)殼外圍向外排出(“外涵道”)。因此，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)饽芰勘环峙傻搅孙L(fēng)扇和燃燒室分別產(chǎn)生的兩種排氣氣流上。這時(shí)，為提高熱效率而提高渦輪前溫度，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)臏u輪結(jié)構(gòu)和增大風(fēng)扇直徑，使更多的燃?xì)饽芰拷?jīng)風(fēng)扇傳遞到外涵道，從而避免大幅增加排氣速度。這樣，熱效率和推進(jìn)效率取得了平衡，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率得到極大提高。效率高就意味著油耗低，飛機(jī)航程變得更遠(yuǎn)。渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 如前所述，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)效率高，油耗低，飛機(jī)的航程就遠(yuǎn)。但渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)復(fù)雜，尤其是如何將風(fēng)扇吸入的氣流正確的分配給外涵道和內(nèi)涵道，是極大的技術(shù)難題。因此只有少數(shù)國(guó)家能研制出渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，中國(guó)至今未有批量實(shí)用化的國(guó)產(chǎn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格相對(duì)高昂，不適于要求價(jià)格低廉的航空器使用。（三）、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的原理渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)相似，曾經(jīng)被劃入同一分類。它們都由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)演變而來(lái)，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)則驅(qū)動(dòng)直升機(jī)的旋翼軸獲得升力和氣動(dòng)控制力。當(dāng)然渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有自己的特色：通常帶有自由渦輪，而其他形式的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一般沒(méi)有自由渦輪。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)具有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分特點(diǎn)，也有著進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室和尾噴管等基本組件。其特有的自由渦輪位于燃燒室后方，高能燃?xì)鈱?duì)自由渦輪作功，通過(guò)傳動(dòng)軸、減速器等帶動(dòng)直升機(jī)的旋翼旋轉(zhuǎn)，從而升空飛行。自由渦輪并不像其他渦輪那樣要帶動(dòng)壓氣機(jī)，它專門用于輸出功率，類似于汽輪機(jī)。做功后排出的燃?xì)?，?jīng)尾噴管噴出，能量已經(jīng)不大，產(chǎn)生的推力很小，包含的推力大約僅占總推力的十分之一左右。因此，為了適應(yīng)直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的需要，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)噴口可靈活安排，可以向上，向下或向兩側(cè)，而不一定要向后。盡管渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，帶動(dòng)壓氣機(jī)的燃?xì)獍l(fā)生器渦輪與自由渦輪并不機(jī)械互聯(lián)，但氣動(dòng)上有著密切聯(lián)系。對(duì)這兩種渦輪，在氣體熱能分配上，需要隨飛行條件的改變而適當(dāng)調(diào)整，從而取得發(fā)動(dòng)機(jī)性能與直升機(jī)旋翼性能的最優(yōu)組合。參照渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)理論，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的旋翼的直徑應(yīng)該越大越好。因?yàn)橥粋€(gè)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)，所配合的旋翼直徑越大，在旋翼上所產(chǎn)生的升力就越大。但能量轉(zhuǎn)換過(guò)程總是有損耗的，旋翼限于材料品質(zhì)也不可能太大，所以旋翼的直徑是有限制的。以目前的水平計(jì)算，旋翼驅(qū)動(dòng)的空氣流量一般是渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)空氣流量的500到1000倍。直升機(jī)飛得沒(méi)有固定翼飛機(jī)快，最大平飛速度通常在350千米/小時(shí)以下，因此渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口設(shè)計(jì)也較為靈活。通常把內(nèi)流進(jìn)氣道設(shè)計(jì)為收斂形，驅(qū)使氣流在收斂時(shí)加速流動(dòng)，令流場(chǎng)更加均勻。進(jìn)口唇邊呈流線形，適合亞音速流線要求，避免氣流分離，保證壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作。此外，由于直升機(jī)飛得離地面較近，一般必需去除進(jìn)氣中雜質(zhì)，通常都有粒子分離器。粒子分離器可以與進(jìn)氣道設(shè)計(jì)成一體。分離器設(shè)計(jì)為一定螺旋形狀，利用慣性力場(chǎng)，使進(jìn)氣中的砂粒因?yàn)橘|(zhì)量較大，在彎道處獲得較大的慣性力，被甩出主氣流之外，通過(guò)分流排出進(jìn)氣道之外。盡管渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能量不高，但對(duì)于敵方紅外探測(cè)裝置來(lái)說(shuō)仍然是相當(dāng)客觀的目標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣是直升機(jī)主要熱輻射源之一。作戰(zhàn)直升機(jī)必須減小自身熱輻射強(qiáng)度，要采用紅外抑制技術(shù)。一方面，要設(shè)法降低發(fā)動(dòng)機(jī)外露熱部件的表面溫度，更重要的是，要將外界冷空氣引入并混合到高溫徘氣熱流中，從而降低溫度，沖淡二氧化氯的濃度，降低紅外特征。先進(jìn)的紅外抑制技術(shù)通常將排氣裝置、冷卻空氣道以及發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置作為完整、有效的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。我們知道，壓氣機(jī)包括分為軸流式和離心式兩種。軸流式壓氣機(jī)，面積小、流量大；離心式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作較穩(wěn)定。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)從純軸流式開(kāi)始，發(fā)展了單級(jí)離心、雙級(jí)離心到軸流與離心混裝一起的組合式壓氣機(jī)，歷經(jīng)多次變革。目前渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用若干級(jí)軸流加一級(jí)離心構(gòu)成組合壓氣機(jī)，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)產(chǎn)渦軸-6、渦軸-8發(fā)動(dòng)機(jī)為1級(jí)軸流加1級(jí)離心構(gòu)成的組合壓氣機(jī)；“黑鷹”直升機(jī)上的T700發(fā)動(dòng)機(jī)采用5級(jí)軸流加1級(jí)離心壓氣機(jī)。壓氣機(jī)部件主要包括進(jìn)氣導(dǎo)流器、壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、壓氣機(jī)靜子及防喘裝置等。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的組合件，軸流式轉(zhuǎn)子葉片呈葉柵排列安裝在工作葉輪周圍，離心式轉(zhuǎn)子葉片則呈輻射形狀鑄在葉輪外部。壓氣機(jī)靜子由壓氣機(jī)殼體和靜止葉片組成。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片迫使空氣向后流動(dòng)，不僅加速了空氣，而且使空氣受到壓縮，轉(zhuǎn)子葉片后面的空氣壓強(qiáng)大于前面的壓強(qiáng)。氣流離開(kāi)轉(zhuǎn)子葉片后，進(jìn)入起擴(kuò)壓作用的靜子葉片。在靜子葉片的通道，空氣流速降低、壓強(qiáng)升高，得到進(jìn)一步壓縮。一個(gè)轉(zhuǎn)子加一個(gè)靜子稱為一級(jí)。衡量空氣經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)被壓縮的程度，常用壓縮后與壓縮前的壓強(qiáng)之比，即增壓比來(lái)表示。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 直升機(jī)最初使用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在仍有大量采用。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)與之相比，由于具有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，其功率大，重量輕，功率重量比一般在2.5以上。目前渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生高達(dá)6000甚至10000馬力的功率，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎不能做到。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率雖然略高于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，但其使用的航空煤油要比活塞發(fā)動(dòng)機(jī)用的汽油便宜。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)主要在于，制造相對(duì)困難，初始成本也較高。此外，直升機(jī)旋翼的轉(zhuǎn)速較低，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)需要很重很大的減速齒輪系統(tǒng)進(jìn)行傳動(dòng)，有時(shí)其重量竟占動(dòng)力系統(tǒng)總重量一半以上。而活塞發(fā)動(dòng)機(jī)本身轉(zhuǎn)速較低，傳動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。對(duì)于一些普及型或超小型的直升機(jī)來(lái)說(shuō)，使用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)仍然是較好的選擇。 (四)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī) 一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代不加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比是有著不斷加大的趨勢(shì)的。因?yàn)閷?duì)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，若飛行速度一定，要提高飛機(jī)的推進(jìn)效率，也就是要降低排氣速度和飛行速度的差值，需要加大涵道比；而同時(shí)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)材料和結(jié)構(gòu)工藝的提高，許用的渦輪前溫度也不斷提高，這也要求相應(yīng)地增大涵道比。對(duì)于一架低速（500～600km/h）的飛機(jī)來(lái)說(shuō)，在一定的渦輪前溫度下，其適當(dāng)?shù)暮辣葢?yīng)為50以上，這顯然是發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)所無(wú)法承受的。為了提高效率，人們索性便拋去了風(fēng)扇的外涵殼體，用螺旋槳代替了風(fēng)扇，便形成了渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)由螺旋槳和燃?xì)獍l(fā)生器組成，螺旋槳由渦輪帶動(dòng)。由于螺旋槳的直徑較大，轉(zhuǎn)速要遠(yuǎn)比渦輪低，只有大約1000轉(zhuǎn)/分，為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內(nèi)，需要在它們之間安裝一個(gè)減速器，將渦輪轉(zhuǎn)速降至十分之一左右后，才可驅(qū)動(dòng)螺旋槳。這種減速器的負(fù)荷重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，它的重量一般相當(dāng)于壓氣機(jī)和渦輪的總重，作為發(fā)動(dòng)機(jī)整體的一個(gè)部件，減速器在設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)中占有相當(dāng)重要的地位。　　渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳后的空氣流就相當(dāng)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道，由于螺旋槳的直徑比發(fā)動(dòng)機(jī)大很多，氣流量也遠(yuǎn)大于內(nèi)涵道，因此這種發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上相當(dāng)于一臺(tái)超大涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。盡管工作原理近似，但渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)在產(chǎn)生動(dòng)力方面卻有著很大的不同，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的主要功率輸出方式為螺旋槳的軸功率，而尾噴管噴出的燃?xì)馔屏O小，只占總推力的5%左右，為了驅(qū)動(dòng)大功率的螺旋槳，渦輪級(jí)數(shù)也比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)要多，一般為2～6級(jí)。同活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)＋螺旋槳相比，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，它的功率大，功重比（功率/重量）也大，最大功率可超過(guò)10000馬力，功重比為4以上；而活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)最大不過(guò)三四千馬力，功重比2左右。其次，由于減: 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