[原创]听听啮齿讲解涡扇发动机

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导读:好像很多网友对涡扇了解不多,在此想简单的介绍一下。 涡扇,英文Turbofan,是指有管道的高速风扇,由燃气涡轮驱动。和所有燃气涡轮机一样,动力都是来自由空气压缩机压缩,再与油料一起燃烧后的高能气体,用涡轮把高温高压的气体中部份的动能化为机械能,再用这机械能驱动前端的压缩机继续吸入空气。同时涡轮也驱动着高速风扇带来更多的推动力。 现代涡扇,通常风扇都在发动机的最前端。民航机或任何亚音速的飞机通常只有一级风扇。风扇后接着是低压涡轮压缩机,然后是高压压缩机。无论是高压还是低压,压缩机的级数因个别设计而异。低

好像很多网友对涡扇了解不多,在此想简单的介绍一下。

涡扇,英文Turbofan,是指有管道的高速风扇,由燃气涡轮驱动。和所有燃气涡轮机一样,动力都是来自由空气压缩机压缩,再与油料一起燃烧后的高能气体,用涡轮把高温高压的气体中部份的动能化为机械能,再用这机械能驱动前端的压缩机继续吸入空气。同时涡轮也驱动着高速风扇带来更多的推动力。

现代涡扇,通常风扇都在发动机的最前端。民航机或任何亚音速的飞机通常只有一级风扇。风扇后接着是低压涡轮压缩机,然后是高压压缩机。无论是高压还是低压,压缩机的级数因个别设计而异。低压从小型涡轮的一级到大型民航机的九级不等。高压从小型的一级离心式到大型的17级不等的轴向式。新式的涡扇都是三轴的,一轴从另一轴间穿过。由不同级的涡轮以不同的速度驱动。现代涡扇发动机的压比大的可达40以上(GE90系列,Trent 900,1000)。压比越大效率越高越省油。

也有涡扇把风扇安装在后面。比如GE的CF700,虽然简化了发动机的构造,但是结果令人失望。第一,涡扇基本是一级低压缩比的压缩机。早期的涡扇静压比在1.2左右,现代的大涵道涡扇可到1.8左右。涡扇后面要有足够长度的扩散器,让空气有效的把静压转换为动能。而后置式涡扇如果要做到这一点必须增加不必要的长度,影响飞机的升力。

其次是后置式涡扇因为前端压缩机造成的付面層而让涡扇入口处的空气状态不理想,需要加大风扇的口径才能达到所要求的推动力。而大口径的风扇如果不增加推动力,飞行的阻力依旧的增加。所以推力/阻力比不好。

最后,前置式风扇的好处在于增加空气进入压缩机前的压力,并且把速度减低,让进入压缩机前空气先被处理过,缩小压缩机的正面口径从而不增加发动机总体积的情况下增加涵道比。因为涡扇、低压机和高压机由不同的轴及涡轮以不同的速度驱动,总体操作范围可以受到控制,增加安全性。

现代民航用涡扇的涵道比可达8左右,而战斗机涡扇却只有在0.3-0.7之间。战斗机因为要兼顾亚音速的机动性和超音速的稳定性而不能有大涵道的经济。战斗机的涡扇通常要三级左右,更象压缩机。双轴的战斗发动机则以几级的压缩机同时兼顾低压和涡扇的功能。涵道比越大,涡扇在高亚音速的推动越有效,飞行就越省油。但一旦飞机超越音速,大涵道涡扇的效率就很快下降,涵道比越大高速阻力就越快超过推动力。

前不久有网友提到涡桨,跟涡扇混乱了。涡桨和涡扇不同的是那个管道,螺旋桨用涡轮燃气机驱动的就叫涡桨。还有就是速度,涡桨的旋转速度限制于桨叶尖的速度。在常用的螺旋桨尺寸中,通常旋转速度不会超过2000转/分钟。因为大于这个转速叶尖的速度会超过音速而造成效率下降,最终失速。所以涡桨发动机通常会有一个变速箱来调整螺旋桨的速度。涡桨在低亚音速时最有效(大概时速400英里以下)。当空速提高到某一程度时需要的将叶两面的压力差距会很大,区区几片桨叶无法把压力的差距顶住,所以需要很多片桨叶。同时需要一个管筒封住叶尖以免空气因压力差距而向前流。

请耐心等我上传图片。。。


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