涡扇发动机工作原理(飞机涡扇发动机的工作原理？)

题图来自Unsplash，基于CC0协议

本文目录

正文

1、飞机涡扇发动机的工作原理？

风扇和高压压气机把空气压缩送到燃烧室，和燃油混合、燃烧，高温燃气推动高、低压涡轮转动，带动风扇、高压压气机，燃气做功后向后喷出，推动发动机前进

2、涡扇发动机和涡喷发动机有什么区别？

这个问题算是比较中规中矩的，通俗的说，涡喷发动机算是喷气式发动机从概念产品走向成熟产品的1.0级别喷气式发动机，而涡扇发动机则是2.0级别喷气式发动机。两者之间在很多方面都存在着共同点，当然也存在着不少不一样的地方。老鹰航空大致从下面几个方面来一一列举一下吧：

1、推力产生机理不一样；

涡喷发动机的工作机理相对比较简单，一般从前到后主要有：压气机、燃烧室、涡轮、喷管四大段。发动机启动时需要启动电机驱动压气机旋转从而将外部空气吸入到发动机中，并进行反复加压，之后送入到燃烧室与燃油进行化学反应，释放出高温高压气体，这个气体通过一个收缩-扩张型的喷管喷出，先驱动涡轮旋转工作，而后喷出，在反作用力下，推力就产生了。涡轮得到的旋转力通过发动机轴驱动压气机持续工作，这样涡喷发动机就可以连续工作了。

涡扇发动机比涡喷要复杂点，在涡喷发动机外部额外的增加了一套涵道风扇和压气机，从而实现两个涵道的同时工作。内部的涡喷发动机实际上就变成了涡扇发动机的核心机，当发动机工作时气流被压气机风扇吸入，之后分成两个部分，一个走外部涵道，经过一系列大直径的压气机叶片增压之后流向发动机后方；另一部分走内部涵道，如同涡喷发动机那样，进入燃烧室、涡轮。在尾部外涵道的高压冷气流和内涵道的高压热气流进行混合，通过尾喷管喷出，从而产生推力。

可以这样说，涡喷发动机主要依靠燃气热气流的喷射而产生推力；而涡扇发动机主要依靠涡扇叶片增压空气的喷射而产生推力。

2、节油水平不同；

正是由于涡喷和涡扇发动机的推力机理存在不同，特别是涡扇发动机只有一部分空气和燃油进行燃烧，因此，同等推力输出条件下，涡扇发动机要比涡喷节油的多。而且涡扇发动机前端涡扇叶片直径越大，外涵道与内涵道比值越高，则推力也就越大。这就是为什么当今民航飞机基本上都是采用大涵道涡扇发动机的原因，毕竟很省油。

3、使用寿命存在很大差异；

涡扇发动机由于一部分冷空气走外涵道，在喷管前与走内涵道的热气流进行了混合，因此发动机结构部件所需要承受肚饿气流温度要小于涡喷发动机，这样就能够有效降低材料的疲劳损伤强度，从而延长发动机寿命。涡喷发动机的寿命普遍都是几百个小时，而军用涡扇发动机的寿命达到2000小时，民用涡扇发动机则能达到4000小时。

总的来说，现在无论是军用飞机还是民用飞机，主要以涡扇发动机为主流，涡喷发动机基本上很少使用了。

——问题就回答到这里了——

（图片来自互联网公开图片，如侵则删。）

3、涡扇发动机的工作原理？

涡扇这个东东，是涡轮发动机和螺旋桨发动机的混合物。

中部有个涡轮发动机，前级通过压气机把空气压缩，当然空气是被强制进入燃烧室的，最后燃烧膨胀，向后喷出做功。

涡轮发动机在通过减速机驱动螺旋桨（一般是涵道的）推动飞机运转。

你问的问题，压气机通常有叶片式或离心式，通过这种机构对空气施以高压，强制其进入燃烧室，这个压力高于燃烧室和向外喷射的压力，所以不会从进气口方向喷出。

4、航空发动机中的涡喷和涡扇有什么区别？

涡轮风扇发动机比涡轮喷气发动机多了一级增压扇叶。其最大的区别就是前者的首级扇叶面积比后者的首级扇叶大很多，部分气流通过涡轮喷气发动机成为内涵道，涡轮驱动首级增压扇叶推动气流经过外侧的部分成为外涵道。增压扇叶具备螺旋桨和压缩空气的双重功能，它可以将吸入的空气通过喷气发动机直接提供推力，并和内涵道同时产生推力，达到事半功倍的效果，目前大型喷气式客机基本都搭载大涵道比涡扇发动机。

涡轮喷气式发动机是一种涡轮发动机，它也直降让飞机从螺旋桨时代进入喷气时代。涡喷发动机完全依赖燃气流产生推力，早期的喷气式发动机都是使用该种结构。涡喷发动机还分为离心式和轴流式。1930年，英国弗兰克·惠特尔爵士取得了离心式发明专利。德国人则研发出了轴流式涡喷发动机，并且在1944年末搭载在Me-262型喷气式战斗机上参与了二战。

以上为典型的轴流式涡喷发动机图示，空气被吸入后，经过进气道、压气机、燃烧室和涡轮并通过尾喷管排出。空气通过进气道进入压气机，在超音速飞行时机头和进气道口还会产生激波。压气机涡轮叶片由定子叶片和转子叶片组成，涡喷发动机通常为8~12级压气机，级数越多压力越大。当战斗机做高机动时，流入压气机的空气压力会急剧变化，和后级产生较大压力差，这让发动机很容易发生喘振。空气经过压气机压缩后来到燃烧室和燃油混合燃烧膨胀做工。涡轮工作的环境极其恶劣，制造涡轮的工艺可谓是工业中塔尖。

涡喷发动机由于其原理限制，导致耗油率居高不下，这是涡扇发动机的优势便凸显出现。例如通用电气推出的新一代航发旗舰，搭载在波音777X上的GE9X，其复合风扇机匣直径达3.4米。全新一代压比高达27:1的11级高压压气机，第三代TAPS III燃烧室等。它的问世也刷新了世界最大航发记录。

5、涡喷、涡轮、涡扇发动机有什么区别？

自二战后飞机开始进入喷气时代后，航空发动机由于使用的用途不一样衍生出了很多不同类型的航空发动机，包括有现在我们乘坐的客机使用的涡扇发动机和国产运9战术运输机使用的涡桨发动机，直升机使用的涡轴发动机和早期国产歼5采用的涡喷-5涡喷发动机，以及曾经在乌克兰研制的安70军用运输机上使用的D27桨扇发动机。这些发动机虽然使用途径不一样，但是其内在核心机都是一样的，也可以说用一款性能优良的核心机，通过采用不同的输出方式就可以衍生出上面这几款不同飞行器所采用的发动机。涡喷发动机出现的最早，是所有喷气式发动机的基础，简单来说就是发动机前端的压气机将空气压缩送入后端的燃烧室内与燃油混合后，产生高温高压燃气经发动机尾喷口喷出，推动战斗机前进飞行。涡喷发动机有着结构简单的优点，但是缺点也很明显，就是油耗太高。在涡喷发动机机身外套一个外涵道，再在最前面装一个尺寸巨大的风扇就是涡扇发动机，既有燃烧室喷气产生的推力也有前端风扇产生的推力，而且外涵道流过的空气还能对内涵道进行冷却。涡扇发动机相比涡喷发动机简单来说就是在涡喷发动机外面加了个罩子装了个风扇，如果这个风扇的尺寸和内部的涡喷发动机直径比值就称之为涵道比，涵道比越大发动机就越省油。但是涡扇发动机虽然相比涡喷发动机推力更大和油耗更低，但是由于涡扇发动机的前端直径较大，所以其高速飞行阻力较大。举个简单的例子，比如前苏联研制的米格25战斗机装备R15涡喷发动机后，虽然其加力推力只有104千牛，但是米格25最大飞行速度可以达到3.2马赫；再比如美国的F22战斗机采用的是F119涡扇发动机，虽然其加力推力高达140千牛，但是F22战机的最大飞行速度只有2.25马赫。虽然涡扇发动机相比涡喷发动机经济性更好，但是高速性不佳也是事实。现在涡喷发动机基本已经退出了市场，现在不管是战斗机发动机还是客机使用的发动机都是涡扇发动机，只不过客机使用的涡扇发动机为了更大的推力和更高的经济性涵道比更大，所以客机的最大飞行速度基本上都是高亚音速，曾经出现的协和号超音速客机使用的发动机虽然是涡扇发动机，但是其涵道比和战斗机都差不多，为了高速性只能采用涵道比较小的设计。所以在涡扇发动机上分支出了大小涵道比不一样的发动机，涵道比较大的虽然推力更大，经济性更高但是高速性不佳，所以只能用于那些对高速性不太看重但是看中推力大小和经济性的民航客、货机或者军用运输机；涵道比较小的虽然相对比推力较小，经济性不是很高，但是迎面阻力小高速飞行性能好，所以被用于对飞行速度有要求的战斗机。如果在涡喷发动机前端装一套动力轴连接着燃烧室内的涡轮盘，核心机产生的高温燃气不是经过尾喷口排出而是推动涡轮盘做功，这样的发动机前端装上螺旋桨就是涡桨发动机，涡桨发动机相比涡扇发动机的低速飞行性能更佳，也是现在所有喷气发动机中油耗最低的，所以被用于对低速飞行性能有要求的战术运输机或者控制成本使用涡桨动力的客机。涡扇发动机虽然也可以用于战术运输机，但是由于战术运输机对飞机的低速空投速度有要求，采用涡扇发动机如果飞机速度太低，飞机有可能会失速坠毁。但是涡桨发动机最大的缺点就是由于螺旋桨直径较大飞行速度不高，一般只有600--700km/h。当然在涡桨发动机中还有个另类——前苏联研制的图95轰炸机采用的NK-12涡桨发动机，这种涡桨发动机和常见的涡桨发动机有所不同的是，常规的涡桨发动机全部推力来自螺旋桨，而NK-12发动机在低速飞行时动力1/3来自前端的对转螺旋桨，2/3来自后部的发动机喷气，在高速飞行时，前端螺旋桨会顺桨(无动力)，此时发动机转变为涡喷发动机，这种很独特的设计既让图95战略轰炸机的最高飞行速度达到了925km/h，已经和普通的涡扇动力的客机飞行速度差不多，但是却更经济油耗更低。而且这台发动机不光装配在图95战略轰炸机上，世界上最大的安22军用螺旋桨运输机、世界上最大的欧洲野牛级气垫登陆船采用的都是NK12发动机。如果将涡桨发动机的动力输出轴连接到直升机的主减速器上，动力经过减速后驱动螺旋桨旋转，就是直升机用的涡轴发动机。但是涡桨发动机和涡轴发动机还是稍有不同的，因为直升机飞行速度比较低，所以涡轴发动机是处于比较低的空速状态下运转，那进气道、压气机等都要做空气流场匹配，以便让发动机处在正常工作范围内。另外涡轴发动机的压缩比和转速都没有涡桨高，但是扭矩更大。

桨扇发动机是一种有着涡桨发动机低油耗和涡扇发动机大推力的混合发动机，简单来说可以把我们经常乘坐的客机使用的大涵道比涡扇发动机外面的罩子去掉就是桨扇发动机，所以也被称为无涵道发动机。因为涡桨发动机的桨叶如果转速过高会遇到音障而颤震导致推进效率降低，所以采用涡桨动力的飞机最大飞行速度不高也是这个原因。而涡扇发动机由于采用的是跨音速桨叶，所以可以转速更高，当然速度也就更高了。桨扇发动机虽然和涡桨发动机一样推力来自桨叶，经济性比涡桨差不多，但是速度比涡桨发动机更快。而推力则和涡扇差不多，但是经济性却比涡扇更好。桨扇发动机虽然看起来很完美，推力大、速度快、油耗低，但是其安全性和噪音问题是限制其被广泛应用的根本原因，由于其高速旋转时，转速又很高，所以桨叶产生的噪音和震动比较大，再加之其桨叶处于开放状态，如果桨叶在高速旋转时发生断裂会直接插进机身造成致命的安全问题。所以乌克兰的D27发动机虽然看起来完美，但是却不实用，这也是美法相继放弃桨扇发动机的原因所在。

6、我们国产涡扇15发动机已经开始服役了，有谁解释一下涡扇发动机和涡桨发动机的区别？

众所周知，中国在航空发动机领域一直处于一种追赶状态，但是得益于中国近些年加大的科技投入和政策扶持，在军用的航空喷气发动机领域中国近年来取得了长足的发展，虽然距离世界先进水平还有些许的差距，但是在重点项目型号上也都有了突破性的进展，相信在不远的未来就可以达到世界最先进的水平。

虽然我们在航发项目的一些重点领域取得了突破，但是，我们应该看到，在航发的其他领域，尤其是历来不被重视的螺旋桨飞机所使用的涡桨发动机更是差距明显。

中国最先进的运-9运输机所使用的涡桨6C仍然是苏联时代的东西，与当今世界涡桨发动机性能相比落后很多，严重限制了运-9的性能，甚至顺带的影响了运9的各种改进型飞机的性能，甚至一度使得用运9改装预警机的计划差点下马。所以这种看似落后的发动机依然有着极为重要的作用。

使用涡桨发动机的飞机相对于喷气式飞机来说，涡桨飞机的飞行速度慢，噪声大，但是省油而且起飞着陆距离短，在很多场合具有独特的优越性。这也就是在喷气式飞机大行其道的今天，涡桨飞机依然能够存在的原因。涡桨飞机相比于喷气式飞机最大的优点就是省油、安装自由度高。

省油就意味这，飞机在载油量一定的情况下，使用涡桨发动机就可以飞的更远、留空时间更长。这对于新型的无人机来说是至关重要的。现有的无人机作战样式主要就是进行空中长时间侦查和打击。这样一来就要求无人机必须要配备比较省油的发动机，来保证尽量长的留空时间，同时无人机需要长时间对地面目标进行侦查打击，比较强调高空的慢速飞行。在这样的要求下，毫无疑问最适合的就是涡桨发动机了。

而发动机安装的高自由度，对普通的飞机来说意义并不是特别大，但是对于各种有奇特造型要求的无人机来说，绝对是设计师的福音了。无人机一般都将最关键的通讯天线放在机头的位置上，以求获得最稳定的信号，是不可能留给发动机和进气道的；同时无人机的机翼下方又要挂载武器且对于无人机纤细的机翼来说，沉重的发动机绝对是“不可承受之重”。所以大部分无人机都采用后置涡桨发动机作为自己的动力来源。

而中国现在的很对无人机很多都因涡桨发动机性能问题或产能问题，被迫采用落后的活塞发动机，甚至因此使很多原先设计性能先进的无人机都无法发挥出其完全体的作战性能。因此我们必须加快研发先进的涡桨发动机，决不能让发动机拖了整个无人机行业的后腿。