涡扇发动机 涡扇发动机全称为涡轮风扇发动机(Turbofan)是飞机发动机的一种,由涡轮喷气发动机(Turbojet)发展而成。与涡轮喷射比较,主要特点是首级压缩机的面积大很多,同时被用作为空气螺旋桨(扇),将部分吸入的空气通过喷射引擎的外围向后推。 发动机核心部分空气经过的部分称为内涵道,仅有风扇空气经过的核心机外侧部分称为外涵道。涡扇引擎最适合飞行速度400至1,000公里时使用,故此现在多数的飞机引擎都是采用涡扇作为动力来源。 涡扇引擎的旁通比(Bypass ratio,也称涵道比)是不经过燃烧室的空气质量,与通过燃烧室的空气质量的比例。 旁通比为零的涡扇引擎即是涡轮喷射引擎。早期的涡扇引擎和现代战斗机使用的涡扇引擎旁通比都较低。例如世界上第一款涡扇引擎,劳斯莱斯的Conway,其旁通比只有0。3。现代多数民航机引擎的旁通比通常都在5以上。旁通比高的涡轮扇引擎耗油较少,但推力却与涡轮喷射引擎相当,且运转时还宁静得多。 涡轮风扇喷气发动机的诞生 二战后,随着时间推移、技术更新,涡轮喷气发动机显得不足以满足新型飞机的动力需求。尤其是二战后快速发展的亚音速民航飞机和大型运输机,飞行速度要求达到高亚音速即可,耗油量要小,因此发动机效率要很高。涡轮喷气发动机的效率已经无法满足这种需求,使得上述机种的航程缩短。 因此一段时期内出现了较多的使用涡轮螺旋桨发动机的大型飞机。 实际上早在30年代起,带有外涵道的喷气发动机已经出现了一些粗糙的早期设计。40和50年代,早期涡扇发动机开始了试验。但由于对风扇叶片设计制造的要求非常高。因此直到60年代,人们才得以制造出符合涡扇发动机要求的风扇叶片,从而揭开了涡扇发动机实用化的阶段。 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。 但最早的实用化的涡扇发动机则是普拉特·惠特尼(Pratt & Whitney)公司的JT3D涡扇发动机。实际上普·惠公司启动涡扇研制项目要比GE晚,他们是在探听到GE在研制CJ805的机密后,匆忙加紧工作,抢先推出了了实用的JT3D。 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。此后涡轮喷气发动机迅速的被西方民用航空工业抛弃。 涡轮风扇喷气发动机的原理 涡桨发动机的推力有限,同时影响飞机提高飞行速度。 因此必需提高喷气发动机的效率。发动机的效率包括热效率和推进效率两个部分。提高燃气在涡轮前的温度和压气机的增压比,就可以提高热效率。因为高温、高密度的气体包含的能量要大。但是,在飞行速度不变的条件下,提高涡轮前温度,自然会使排气速度加大。而流速快的气体在排出时动能损失大。 因此,片面的加大热功率,即加大涡轮前温度,会导致推进效率的下降。要全面提高发动机效率,必需解决热效率和推进效率这一对矛盾。 涡轮风扇发动机的妙处,就在于既提高涡轮前温度,又不增加排气速度。涡扇发动机的结构,实际上就是涡轮喷气发动机的前方再增加了几级涡轮,这些涡轮带动一定数量的风扇。 风扇吸入的气流一部分如普通喷气发动机一样,送进压气机(术语称“内涵道”),另一部分则直接从涡喷发动机壳外围向外排出(“外涵道”)。因此,涡扇发动机的燃气能量被分派到了风扇和燃烧室分别产生的两种排气气流上。这时,为提高热效率而提高涡轮前温度,可以通过适当的涡轮结构和增大风扇直径,使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道,从而避免大幅增加排气速度。 这样,热效率和推进效率取得了平衡,发动机的效率得到极大提高。效率高就意味着油耗低,飞机航程变得更远。 涡轮风扇喷气发动机的优缺点 如前所述,涡扇发动机效率高,油耗低,飞机的航程就远。 关于涡喷发动机实在没找到,但是这里有一个比较, 出自: 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。如果是带加力的发动机(如F-22等军用飞机的的发动机:F-119等)那外涵气流还要经过加里燃烧室。现在民航几乎没有使用涡喷的(亚音速是经济性不好),CFM56,GE90,PW4000,RB211,Trent等,都是典型的不带加力的涡扇发动机。 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。 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。其实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 这是我国的“太行”涡扇发动机!壮哉!!! 。