涡扇发动机 涡扇发动机工作原理

在以往的发动机专题中皮卡中国小编介绍了喷气式发动机、水平对置发动机等发动机相关知识，今天小编要带来的是另一款飞机发动机—涡扇发动机。作为一款飞机发动机，它有着哪些特点呢？下面就是涡扇发动机以及涡扇发动机工作原理的知识。

什么是涡扇发动机

涡扇发动机全称为涡轮风扇发动机是飞机发动机的一种，由涡轮喷气发动机发展而成。

涡扇发动机工作原理

1、涡扇发动机的组成

涡轮风扇发动机由风扇、低压压气机(髙涵比涡扇特有)、高压压气机、燃烧室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮和排气系统组成。

高压压气机、燃烧室和高压涡轮三部分统称为核心机，由核心机排出的燃气中的可用能量，一部分传给低压涡轮用以驱动风扇，余下的部分在喷管中用于加速排出的燃气。风扇转子实际上是 1级或几级叶片较长的压气机，空气流过风扇后，分成两路:

(1)、内涵气流，空气继续经压气机压缩，在燃烧室和燃油混合燃烧，燃气经涡轮和喷管膨胀，燃气以高速从尾喷口排出，产生推力，流经路程为经低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮，燃气从喷管排出。

(2)、外涵气流，风扇后空气经外涵道直接排入大气或同内涵燃气一起在喷管排出。涡轮风扇发动机组合了涡轮喷气和涡轮螺桨发动机的优点。涡扇发动机转换大部分的燃气能量成驱动风扇和压气机的扭矩，其余的转换成推力。涡扇发动机的总推力是核心发动机和风扇产生的推力之和。这种有内外二个涵道的涡轮风扇发动机又称为内外涵发动机。也就是说，涡扇发动机可以是分开排气的或混合排气的，可以是短外涵的或长外涵(全涵道)的。 风扇可作为低压压气机的第1级由低压涡轮驱动，也可以由单独的涡轮驱动。

2、涡扇发动机的推力

涡扇发动机的推力由两部分组成：内涵产生的推力和外涵产生的推力。对于高涵道比涡扇发动机，风扇产生的推力占78%以上。流经外涵和内涵的空气流量之比称为涵道比或流量比。涵道比对涡轮风扇发动机性能影响较大，涵道比大，耗油率低，但发动机的迎风面积大；涵道比较小时，迎风面积小，但耗油率大。内外涵两股气流分开排入大气的称为分排式涡轮风扇发动机。内外涵两股气流在内涵涡轮后的混合器中相互渗混后通过同一喷管排入大气的，称为混排式涡轮风扇发动机。

涡轮风扇发动机也可安装加力燃烧室，成为加力涡轮风扇发动机。在分排式涡轮风扇发动机上的加力燃烧室可以分别安装在内涵涡轮后或外涵通道内，在混排式涡轮风扇发动机上则可装在混合器后面。

涡扇发动机的分类

1、排气涡轮风扇发动机

排气涡轮风扇发动机是内、外涵道中的气体分别在内、外涵尾喷管中排出。由进气道、风扇、压气机、燃烧室、涡轮、外涵道、内外涵尾喷管组成。我们常见的民航客机所采用的发动机，多半是分别排气涡轮风扇发动机，比如著名的V2500，PW4000,GE90等。

2、混合排气涡轮风扇发动机

混合排气涡轮风扇发动机是内、外涵道中的气体混合后从尾喷管中喷出。其有进气道、风扇、压气机、燃烧室、涡轮、外涵道、混合器、尾喷管组成。现代先进军用歼击机一般均采用低涵道比的混合加力涡扇发动机。

涡扇发动机优缺点

优点：在高亚音速范围内, 和涡喷发动机相比较,涡扇发动机具有推力大, 推进效率高, 噪音低, 燃油消耗率低等特点。

缺点：1、风扇直径大, 迎风面积大, 因而阻力大, 结构复杂。

2、涡扇发动机的速度特性不如涡喷发动机。

3、涵道比较高时, 随飞行速度的增大, 推力很快下降, 因此, 涡扇发动 机只适用于高亚音速内飞行。

涡扇发动机的质量附加原理 

质量附加原理：当发动机获得一定的机械能之后, 通过将这部分可用能的重新分配, 将内涵得到的一部分能量传递给外涵, 以增加发动机的总空气流量, 降低其排气速度, 降低噪音, 在一定的飞行速度内, 增大发动机的推力, 降低燃油消耗率。

涡扇发动机发展历史

第二次世界大战中，德国戴姆勒-奔驰于1943年试制出了第一台涡扇发动机，但因存在大量缺陷并缺乏相应的专家而没能获得发展。

50年代，美国的NACA（即NASA 美国航空航天管理局的前身）对涡扇发动机进行了非常重要的科研工作。55到56年研究成果转由通用电气公司(GE）继续深入发展。GE在1957年成功推出了CJ805-23型涡扇发动机，立即打破了超音速喷气发动机的大量纪录。

1960年，罗尔斯·罗伊斯公司的“康威”（Conway）涡扇发动机开始被波音707大型远程喷气客机采用，成为第一种被民航客机使用的涡扇发动机。

60年代洛克西德“三星”客机和波音747“珍宝”客机采用了罗·罗公司的RB211-22B大型涡扇发动机，标志着涡扇发动机的全面成熟。

涡扇发动机与涡喷发动机的区别

1、气流通道不同

涡扇气流通道有两个：内涵和外涵。内涵要经过风扇、压气机、燃烧室、涡轮和喷口；外涵直接通过风扇后排出。

涡喷气流通道只有一个。高速的时候效率较高。但是，十分废油。现在连战斗机都很少用纯涡喷的。早期的喷气发动机涡喷居多。如 707 用的 JT3D 就是涡喷发动机。 

2、发动机效率不同

与涡喷发动机相比，涡扇发动机热效率高，油耗低，因而能够获得较大的推重比。这些是涡喷发动机无论如何都难以达到的。

涡喷发动机和涡扇发动机的核心机是基本相同的，所不同的是涡扇发动机是在涡喷发动机的基础上增加了几级涡轮，这些涡轮带动一排或几排风扇，风扇后的气流一部分进入压气机（内涵道），燃烧后从喷口喷出，另一部分则不经过燃烧，而通过外涵道直接排到空气中。所以，涡扇发动机的推力是风扇抗力和喷口推力的总和。

结语：既然飞机发动机的效率这么高能不能将它应用在汽车上呢？其实在在早2008年英国的一位设计者就把一款飞机的发动机装配到试验车上，并在美国的一条道路上测试出了1127公里每小时的速度，但因为不是汽车发动机，所以没有被归入汽车，并且这辆改装过后的车是不能在路上行驶的。

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