这篇文章要给大家介绍的是有关于航空发动机方面的相关知识，其实关于飞机上使用的航空发动机，大家平时应该也听到很多了，比如说涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机等，以及还有什么小涵道比发动机这些，听到最多、最频繁地应该就是涡喷发动机和涡扇发动机这两种了吧，同时还带有“涵道比”这样的名词，可是对于很多人来说，应当都只是只知道它们的名字，并不了解这些发动机之间有什么区别和差别，因此，在这篇文章里就给大家简单的介绍一下涡喷发动机和涡扇发动机的相关知识，看完以后，基本上就能知道涡喷和涡扇发动机之间的差别了，及相关的涵道比这样的一些基本概念。

安装f-135发动机的F-35战斗机

首先，涡喷发动机的全称是涡轮喷气发动机，涡扇发动机的全称则是叫涡轮风扇发动机，对于它们两者之间的差别，我们可以从构造、推力产生来源以及主要用途上来区分。先来看二者的构造，首先，这两种发动机都同属于气体喷气式航空发动机，它在核心组件的结构上是大同小异的，即都是“压气机 燃烧仓 涡轮”的三款式构造，或是我们可以这么说，基本上全部航空发动机的核心构造都是这样的。像下图一中的就是一个涡轮喷气式发动机的结构简图，仔细看图中标记出的压气机、燃烧仓和涡轮构造，对于涡轮风扇发动机，同样也有压气机、燃烧仓和涡轮，但是与涡喷不同的是，涡扇发动机在前端还多了个风扇部件，以及因风扇而多出的外涵道，如下图二而所示：

图1：涡喷发动机结构简图

图2：涡扇发动机结构简图

因此，如果简单从结构上来分，那么涡扇发动机相较于涡喷发动机便是多出了个风扇和外涵道，同时，也正因为在结构上存在这种差异，造成这两种发动机的推力来源也是不一样的，首先，涡喷发动机的推力产生过程大概是这样的：外部气体由进气道进入发动机，然后被压气机压缩，变成高压气体再进入到燃烧仓与燃料混合燃烧，进而变成高温高压燃气，接着，这个高温高压燃气从喷口出来的过程中，会先喷射到涡轮机的叶片上，带动涡轮的运行进而反馈推动压气机工作，剩余部分的燃气才是从喷口出来而出现推力。如图所示，为涡轮喷气发动机的工作过程示意图。而从这一过程我们也可以理解到，涡喷发动机在喷气能量的利用效率上是很低的，为何？答案有两点，一很大一部分能量被涡轮机带走反馈到压气机上了，二则是剩下的从喷口喷射而出的燃气温度很高，一部分能量会以热能的方式消退在空气中。

涡喷发动机工作原理图

讲完涡喷发动机的推力产生过程，我们继续来讲解涡扇发动机的，先来看下面那个涡扇发动机的工作原理动图，图中的箭头表示的便是空气的流通路径，从这一动图我们可以知道，外部的气体从进气道进如发动机后，一部分经过风扇、外涵道后会达到尾部的喷口，另一部分则是和涡喷发动机的差不多，经过内涵道，即压气机、燃烧仓后变成高温高压燃气体，最后也是达到尾部的喷口（部分能量一样经过涡轮来带动前面的压气机和风扇），这时，在尾部的喷口处，高温的含义道燃气与温度较低的外涵道气体混和，变成温度较低的混合燃气再后从喷口高速喷出。因此，对于涡扇发动机而言，它的推力来自于高温高压燃气喷射产生的推力和风扇旋转产生的推力之和。

涡喷发动机工作原理动图

因此，与涡轮喷气发动机相比，涡轮风扇发动机的推进效率要更高，为什么？原因有二，一是涡扇发动机多了个风扇也会带来推力，还有一点则是喷气从尾端喷口高射喷射的混合气温度相对更低（前面已经提及从内涵道燃气会和冷空气混和），喷射的速度也就相对小一些，那么，喷气的速度小为何推进效率反倒会更高呢？由于发动机的推进效率与进气速度与出（喷）气速率相关，它们之间存在这样一个函数关系，看下图，图中的字母“η”表示发动机的推进效率，“V进”表示进风口的空气流速，“V出”则表示喷气口的燃气喷射速率，而按照这个公式的数学关系来看，只有“V出”的数值越接近“V进”，即比率越接近1，推进效率“η”的数值才会越大，而当“V出”=“V进”时，二者的比率为1，这时发动机的推进效率就达到了理论上的100%。因此，对于涡喷发动机而言，“V出”的数值要远大于“V进”，因此其推进效率“η”的就越小；而涡扇发动机不同，喷口出燃气和空气混合后温度与速率都会在一定程度上减小，促使“V出”更加接近“V进”，因此推进效率“η”数值就更大。

发动机推进效率有关数学公式

因此，以上就是涡喷发动机和涡扇发动机在推进效率上的差别，换句话说，在产生一样推力的情况下，涡扇发动机有着更加出色的推进效率，即它的燃油经济性更好。不过呢，有利就有弊，尽管多了个风扇能给涡扇发动机带来更高的推进效率和更出色的燃油经济性，可是，同样也会有缺点，即风扇会给发动机带来更多的体积，发动机的头部迎风面积会更大，这样一来，飞行器的速度越大，发动机产生的风阻也也就越明显。因此，头部大的大涵道比涡轮风扇发动机不适合用于高空高速飞行，这些发动机一般都是用于那些以亚音速飞行为主的民航客机、货运飞机上，或者是一些军用运输机。比如图所示，便是客机上的大涵道比涡扇发动机：

民航客机上的大涵道比涡扇发动机

而对于涡喷发动机而言，尽管在燃油经济性和推进效率上比不上涡扇发动机，但是它同样也有个人优点，那便是适航范围更为广，无论是高空高速截击还是低空亚音速飞行，涡轮喷气发动机都能够担任，当然，在低速航行环境下，涡喷的油耗会更加感人，同时也没有较好的低空低速性能。因此，今天仍在使用涡轮喷气式发动机的飞机基本都是那些旧式战斗机，例如下图中的便是米格-21高空高速截击机上使用的Tumansky R-25-300涡轮喷气式发动机，这些以高空高速航行为主的战斗机使用涡喷发动机是最合适的。

Tumansky R-25-300涡喷发动机

说到这儿，也许有人又会问了，既然是旧式战斗机一般才会使用涡喷发动机，那么现在的先进战斗机使用的是什么发动机呢？便是涡轮风扇发动机， 只不过我们要在前边加一个前缀，即：小涵道比涡轮风扇发动机。前面我们提及了大涵道比涡扇发动机，这里又有一个小涵道比涡扇发动机，那么这个“涵道比”到底是什么意思呢？不同涵道比的发动机又有什么区别？我们下面继续来讲解，首先，前边介绍涡扇发动机结构与工作原理的时候有提及，由于风扇的存在，气体从进气道进来后会被分为两个部分，一部分进入外涵道，另一部分则是通过内涵道，因此，这个涵道比其实就是指：各自流经外涵道和内涵道空气流量之间的比率，如图所示，仔细看图中对内、外涵道的标记。在大多数情况下，涵道比的数值与风扇的大小相关，为何？其实很好理解，由于内涵道的宽度是固定的，代表着流过的空气流量也是固定的，而外涵道的宽度则是与外部风扇的体积相关，风扇体积越大，发动机的外涵道总宽就越大，这样一来，经过外涵道的空气流量就越越多，两者间的比率”涵道比”（外涵道/内涵道）的数值也就越大了。

内、外涵道空气流量示意图

因此，为什么我们经常说军用战斗机使用的都是小涵道比涡扇发动机呢？原因在于这，战斗机大多数情况下是以高速航行为主，同时又需要兼顾出色的机动性能和燃油经济性，因此，推进效率高、燃油经济性好的涡扇发动机就是一个很好的选择，可是传统的涡扇发动机头部大，高速情况下的体积和风阻也大，并不太适合高空高速飞行，因此，想要将涡扇发动机用到今天的战斗机上，那就必须减小它的体积和重量，以及头部迎风面，而减小体积的方式便是减小前边的风扇大小，以及外涵道的宽度，所以也就相应地减小了发动机的涵道比，变成了我们平常经常说的小涵道比涡扇发动机。相关不同涵道比的发动机的应用，我们可以来看下面两张图，图1是部分军用战斗机的发动机涵道比数据，图2则是一些货运/客运大飞机的发动机涵道比数据，从图中我们就能知道，同样是使用涡轮风扇发动机，战斗机发动机的涵道比都是低于1的，但那些大飞机的发动机涵道比数值则是都大于1。

图1：部分军用飞机发动机涵道比

图2：部分客运/货运飞机涵道比

因此，相关涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机，以及涵道比的解释到这儿基本上就介绍完了，可是涡喷和涡扇发动机并不等于着航空发动机的所有，它们只是航空发动机领域的其中一小部分，我们说的航空发动机，往大里说，它又属于燃气轮机，因此，航空发动机的类型还有很多，例如比较常见的直升机上边的发动机，那个其实就叫做“涡轴发动机”，在结构上是“动力涡轮 转动轴 减速机”，再另外就是“涡桨发动机”，全称是“涡轮螺旋桨发动机”，从外观上看，涡桨发动机和传统的螺旋桨发动机很像，其实实质上把它称为螺旋桨发动机也是可以的，可是和传统的螺旋桨发动机不同，传统螺旋桨发动机采用的是活塞动力，而涡桨发动机上则是利用涡轮来带动螺旋桨的运行，涡桨发动机的优点是结构紧凑、节油、推力大，拥有出色的低速性能（甚至优于涡扇发动机），当然，由于硬件上的限定，涡桨发动机不太适合高速航行，因此，这款发动机一般用在小成本支线客机或者旧式军用运输机上，例如安22运输机，如下图1所示：

图1：使用涡桨发动机的An-22运输机

图2：使用桨扇发动机的An-70运输机

接着再扩展一个，即“桨扇发动机”，所谓的桨扇发动机，其实是一种介于涡轮风扇发动机和传统的涡桨发动机之间的“跨界型发动机”，为何说它跨界呢？首先，它跟涡桨发动机一样，外界有螺旋桨构造，可是桨扇发动机的螺旋桨转速要更高，其次，与涡扇发动机相比，桨扇发动机是没有外涵道的，从原理来看，和涡桨发动机一样都是利用涡轮来带动螺旋桨，可是两者不同的是，涡桨发动机有个减速机，即涡轮通过减速机在传动到螺旋桨上，而桨扇发动机则没有，而是直接由涡轮推动，因此，其转速明显跟高。也正因为这种原因，桨扇发动机的浆叶在形状设计上和涡桨发动机的螺旋桨也是有差异的，同时，根据桨扇的位置不同，桨扇发动机又可以分为“后置桨扇式（牵引式）”和“外置桨扇式（推动式）”两种。桨扇发动机的优势很大，首先是经济性能好，可以跟涡桨发动机相媲美，同时又能够兼顾类似涡扇发动机的推进和速度性能，因此，桨扇发动机也成为了新时期民用/军用大型客运/货运飞机的主要选择之一。图中二中的安-70运输机使用的便是桨扇发动机。

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