03.02 飞机涡轮和螺旋桨的有什么区别?

DannyCool


目的不同,涡轮机是为了增压,螺旋桨是为了产生驱动力。

涡轮机的作用跟汽车的涡轮增压机一样,为了压缩空气

燃料的燃烧需要消耗氧气,燃烧越快耗氧量越多,而空气中氧气含量有限,所以1公斤汽油燃烧大概需要15公斤的空气(约11600升),所以即使是汽车发动机,高速驱动时,自然吸气也无法满足氧气消耗,所以有了涡轮增压或机械增压的方式,压缩空气密度,提供更多氧气参与燃烧。大众那些带T的车子,T都代表涡轮增压(Turbo)。汽车的涡轮增压器,压缩空气使得更多氧气参与发动机工作

同样,飞机航空发动机中的涡轮机作用同样是这个作用,燃烧室燃烧后的尾气,驱动涡轮机旋转,通过发动机中心转子的带动,从而驱动前面的压气机的多级风扇转动,吸入大量空气,再通过压气机进行层层压缩空气,从而产生涡轮增压的效果。典型的喷气式发动机结构,实际上发动机压气机的压比也是航空发动机的一个重要性指标,特别是高空空气密度低的空域,压比越高,发动机工作效果越好,F-22的F119-PW-100发动机的压比高达35,其高空性能非常不错。

三种不同类型的涡轮航空发动机结构,特别是要注意的是,由于涡轮风扇发动机,有个外涵道设计,外涵道风扇转速不需要压气机那么高,所以涡扇发动机通常有两个涡轮机(高压涡轮和低压涡轮)和两个转子,一个转子驱动压气机,一个转子驱动外涵道风扇。而为了压气效率,航发涡轮机通常又短又密,因为高压气比需要压气机转速高,而为了避免叶尖速度达到音速从而产生激波,所以桨叶设计很短小。同时发动机燃烧室产生的废弃温度可以达到1500~1800度,也难以做大。

螺旋桨的作用是为了产生驱动力同时,尽可能减少阻力

螺旋桨的作用是产生向后运动的气流,从而产生拉力或者推力。其根本不需要考虑压气效率问题,其空气增压手段同样是通过机械增压和涡轮增压的形式进行,这方面在第二次世界大战的时候,就开始采用,绝大多数战机的发动机都带有机械增压或涡轮增压装置。由于废弃涡轮增压装置需要耐高温金属,所以比较稀罕,只有美国这种财大气粗的才给P-47等装备这种装置,因而高空性能优越吗,这方面元首只能跪了。

影响螺旋桨推进力因素较多,增加桨叶面积的实度可以提供更好的驱动效率,但是也会大大增加飞行阻力,同时过大的螺旋桨重量和转动阻力又会影响转速。所以飞机螺旋桨实度面积通常较小,只有在我们家用电风扇上才会出现大范围的螺旋桨面积。


五岳掩赤城


涡桨飞机和普通的螺旋桨飞机最大的区别就是使用的发动机不同。

涡桨飞机使用涡轮发动机驱动螺旋桨转动,从而产生飞机向前的动力,虽然涡桨发动机的燃烧室与涡轮喷气发动机类似,但由于涡桨发动机自排废气中回收较多的动力以驱动螺旋桨,因此涡桨引擎的涡轮端之扇叶级数比较高。事实上,由由于上述设计结构,涡桨发动机的效率是高于涡轮风扇发动机的,但是是涡桨引擎的涵道比通常比涡轮风扇引擎来的高,造成了其桨叶端部分速度很高,有产生激波的可能。同时,因为涡轮转动速度很快,这一转速无法直接驱动螺旋桨,使得涡轮与螺旋桨之间必须要有变速齿轮,来降低螺旋桨转速使其叶端不要超过音速。所以使用涡桨发动机的飞机会多个变速齿轮的重量。从而导功率下降。

而螺旋桨飞机一般都是使用的活塞式发动机,这一方面就比较好理解了。

现在世界各国使用的螺旋桨动力的中、大型运输机,基本上都是使用的涡桨发动机,如美国的C-130、俄罗斯的安-24、我国的运7、运8、运9等。

至于螺旋桨式飞机是否可以超音速,这是一个很大的难题。由于绝大多数螺旋桨的造型问题,在突破音障之后,螺旋桨将不再产生拉力(这是一个复杂的空气动力学问题)。因此现有的螺旋桨飞机都无法进行超音速飞行。不过2009年美国DIY飞机爱好者戴维德设计并制造 RP-4飞机似乎有能力实现螺旋桨飞机超音速,该机使用了NASA设计的超音速螺旋桨,并将两台活塞发动机串联,以产生足够动力。不过这架飞机一直没有获得飞行安全许可,所以也无法证实,是否能做到超音速。

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对于这个问题,老鹰航空从下面几点来回答:

第一,只要是采用螺旋桨作为主要拉力直接产生源的情况,就都会受到螺旋桨桨尖马赫数不能超过1.0,也就是超过音速。我们知道,相同直径下,螺旋桨转的越快,产生的拉力也就越大。但是当螺旋桨推动飞机接近音速时,桨尖马赫数就会先达到音速,这是螺旋桨桨叶的气动效率就开始迅速下降,从而导致拉力缩水,这就是好比飞机“撞到”了空气墙上,无法再继续加速了一样。

第二,涡桨飞机和普通螺旋桨飞机相比,驱动螺旋桨的动力方式不同。涡桨飞机采用的是涡桨发动机,也就是一台涡喷式发动机通过变速齿轮与螺旋桨联动,实现驱动;而普通螺旋桨飞机采用的是活塞式发动机,有点类似今天的汽车发动机。涡桨发动机的马力输出更为强劲,可以驱动直径更大的螺旋桨。

OK,关于问题就回答到这里。

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老鹰航空


这个问题可以从飞机的发展历程来理解。

历史上第一架有动力、载人、稳定、可操纵的飞机由莱特兄弟于1903年12月17日发明。可以说发动机技术影响着飞机的发展,是飞机的"心脏"。

早期一战和二战期间的飞机都是由机头的螺旋桨带动飞行。这个时候的发动机都是采用活塞式。活塞式发动机的工作原理就是四个冲程:进气,压缩,点火,排气。在封闭的气缸内空气和燃油混合,产生高温高压的燃气推动活塞运动,完成热能转化为机械能,通过曲轴连杆机构将活塞的直线运动转变为轴的转动,从带动螺旋桨的转动。

螺旋桨由很多的浆叶组成,每一个浆叶的构型都类似机翼的形状,相邻浆叶间形成气流通道。

这里普及一下飞行的基本原理,即相对运动原理。说的是如果在一个运动物体系上附加一个任意的等速直线运动,则此附加的等速直线运动并不会破坏原来运动物体系中各个物体之间的相对运动,也不改变各物体所受的力。

利用上面的原理,可以理解空气是如何在飞机上产生力的。设物体以速度v在静止空气中运动,根据相对运动原理,可以给物体系(物体和周围空气)加上一个与速度v大小相等方向相反的速度。这样得到的运动,与物体静止不动,无穷远处气流以速度v流向物体的情况,空气作用在物体上的力是完全相同的。也就是说,空气作用在物体上的力,并不决定于空气或物体的绝对速度,而是决定于二者之间的相对运动。

当螺旋桨相对空气转动时,气流由浆叶间的气流通道由前向后地流过螺旋桨,每一片浆叶都类似机翼的形状,就会在浆叶前后产生压力差,拉动飞机向前运动,这就是螺旋桨产生拉力的原理。



但是螺旋桨飞机有个问题,就是迎风面积比较大,当飞行速度不断提高时,伴随产生的阻力也越大,导致螺旋桨的效率下降。当飞机达到音速飞行时,会产生很强的激波阻力。这里的激波阻力可以理解为就好像立在飞机前面的一堵墙,严重阻碍飞机飞行。

所以螺旋桨飞机的飞行速度全部是低于音速的。而要想提高飞机的飞行速度,满足人们高速飞行的梦想,就需要更好的产生动力的装置。

到了上世纪50年代左右,德国人发明了喷气发动机,继而产生了喷气式飞机。喷气式飞机采用后掠翼机翼,改善了气动外形,同时喷气式发动机能产生更大的推力,所以飞机的飞行速度提高了。

这里喷气式发动机就是由涡轮驱动的。

如上图,这是简单的结构原理图。喷气式发动机主要由进气道,压气机,燃烧室,涡轮和尾喷管组成。其中压气机,燃烧室和涡轮称为为核心机。后来产生的涡轮风扇发动机,涡轮螺旋桨发动机和桨扇发动机,它们的核心机构成都是一样的。

喷气式的发动机工作原理利用的是喷气推进。基本原理是牛顿第三定律,即依靠空气的反作用产生推力。该定律表述为,作用在一物体上的每一个力都有一个方向相反大小相等的反作用力。



这里介绍下喷气反作用原理。就飞机推进而言,"物体"是通过发动机时被加速的空气。而产生这一加速所需的力必然有一个大小相等方向相反的力(反作用力)作用在产生这一加速度的装置上。喷气发动机利用类似于发动机/螺旋桨组合的方式产生推力。二者均靠把大量气体向后推来推进飞机。螺旋桨是以比较低速的大量空气滑流的形式,而喷气发动机是以极高速的燃气喷气流的形式。如下图,也是一种利用喷气反作用产生力的现象。


回到涡轮问题上。这里涡轮的作用是把经燃烧室燃烧后燃气的热能转化为机械能,带动涡轮轴转动。而涡轮轴和压气机轴连接在一起,继而涡轮轴带动压气机轴转动,压气机轴带动压气机转动。气流经过进气道,进入压气机,转动的压气机使气流增压。流出压气机的气流是高压气流,高压气流进入燃烧室燃烧后,流出的是高温高压的气流。高温高压的气流进入涡轮,流经涡轮叶片形成的通道,此过程气流膨胀做功,压力和温度均降低,完成热能向机械能的转化。

就介绍这些了,大致就能理解涡轮和螺旋桨的区别了,谢谢!


游风飞扬


这问题没法回答,因为涡桨发动机和桨扇发动机都是有螺旋桨的而且螺旋桨还提供了很大一部分的推力。

至于现在题中问到的螺旋桨发动机的正确描述应该是活塞发动机。

活塞螺旋桨发动机和涡桨发动机桨扇发动机的不同之处在于怎么让那根轴转起来。

涡桨发动机可以理解为一个涡扇发动机的发动机轴连接了一个转速齿轮箱从而驱动一个螺旋桨,在飞机飞行时,螺旋桨和喷气式发动机都能提供一定的动力。

长相奇葩的桨扇发动机。

这种发动机的动力来源来自于螺旋桨和喷气式发动机向后喷气时候的反作用力。

对简单理解就是一个涡扇发动机和一个螺旋桨绑到了一块。


星型活塞发动机图活塞发动机就是纯粹靠螺旋桨提供动力至于不明白这种东西怎么提供推理的话看看车轮是怎么转起来的一个意思。


啸鹰评


涡桨和螺旋桨飞机区别:相对涡桨飞机比螺旋桨飞机要先进一步,螺旋桨飞机的发动机是汽缸作用,比较老式,如运一五飞机,9缸,马力1000匹,运一六双发,里二,均为螺旋桨飞机,时速在200一300Km,涡桨可迏450一600Km,涡桨比螺旋桨油耗省,环保,至于超音速,涡桨飞机相差甚远,螺旋桨就更加了,何况在达到750Km时速时,桨叶片就起阻力作用了,当然这个速度也是达不到的。


阳光61963237


关于飞机发动机的空气动力学原理大家在百度或者视频网中都可以看到,我这里这再过多的介绍大家也听不懂,也会觉得剽窃而来的东西没有意思。那我讲一讲涡轮发动机飞机和螺旋桨发动机的应用区别,简单易懂,希望大家喜欢。

一,涡轮发动机的分类及其应用。

1.涡轮喷气式发动机。主要用于战斗机,比如苏–27,歼-10等。他的风扇一般是在发动机内,发动机前面有进气道。不怕耗油,需要的就是速度和动力,典型的烧钱机。


2.涡轮风扇发动机。主要用于运输机,轰炸机,预警机等。比如安-26,运–8,还有我们的战神轰六等。他的风扇大家都看得到,在发动机机体外边。比涡喷省油,再加上装在大型运输机上(载油量会很大,一般都在20吨以上),配合大飞机的气动布局,航时会更远,但不会像涡喷的推力那么强劲。


3.涡轮轴发动机。主要用于直升机。这个没的说,大家都明白。


4.冲压喷气式发动机。主要用于导弹。空空弹、地空弹、地地弹基本都用他。体力小,动力强,一般都用固体燃料,就是对制作材料的要求非常高,所以没法反复利用。也是他无法用于飞机发动机的硬伤。


二、螺旋桨发动机及其应用

楼主说的应该是老式的活塞式螺旋桨发动机,常见的有运-5,p-47等。主要是老式飞机,速度慢,可以烧汽油,也有烧航油的。

总之,无论是涡轮发动机,还是螺旋桨式发动机,都会随着科技发展,向着人们应用需要的方面更优化发展。


最后,亲爱的读者们,如果您觉得我回答的好,请帮我点一个小小的赞。或者给我一个评论,我将耐心给大家一一回复,并在以后给大家带来更优质的问答。崤山飞虎在此谢谢大家的点赞和评论。


警卫飞虎


涡桨飞机其实是螺旋桨飞机的一种,全称为涡轮螺旋桨,它的发动机是涡轮喷气发动机核心机,利用涡轮燃烧室驱动涡轮带动螺旋桨产生推力。而题主提出的螺旋桨飞机我的理解是应用的活塞发动机,活塞发动机有分为星型发动机,此发动机在二战时期应用很广,美国的P51野马,英国的喷火,日本的零式战斗机,美国B17,B29轰炸机都是。区分涡桨飞机和星型发动机飞机很简单,螺旋桨后面发动机比较细长就是涡桨发动机飞机,反之比较粗短的就是星型发动机飞机。


藏教第一高手鸠摩智


前面大师们说得很好,再补充点,就是涡桨推重比要高于往复式发动机,同样功率输出涡桨发动机重量要轻许多,这是对飞机至关重要的一个条件因素。另外涡桨发动机热效率要高出很多,也就是说单位马力耗油要省,这也是飞机至关重要的因素,可以增加航程,提高速度,维修保养方便,燃油料要求低,节省成本。


海牛犁浪31445144


螺旋桨只是飞机螺旋桨发动机的一个重要部件,我理解题主的意思,所说的螺旋桨应指螺旋桨发动机,所以我把题主的螺旋桨改为螺旋桨发动机,这是我要说明的地方。涡轮发动机与螺旋桨发动机是不同的,涡轮发动机利用燃料燃烧产生的高温使气体压力升高,并直接利用这个高温高压气体的喷射作为飞机的驱动力,使用涡轮发动机的飞机叫喷气式发动机,喷气式发动机一般在高速飞行的飞机采用,涡轮发动机还有一种改进型,叫涡扇发动机,涡扇发动机在涡轮发动机的基础上,增加了风扇叶片,使发动机喷射的高温高压气体压力分布更均勻,在同等燃料消耗的情况下,发动机提供更大的驱动力,或者说,涡扇发动机燃料利用率高,能省油。飞机上的螺旋桨发动机,先把燃料的热能转化为机械能,再用机械能驱动飞机螺旋桨旋转,从而给飞机提供飞行驱动力,这种发动机适合低速飞行的飞机采用,叫螺旋桨飞机。


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