03.03 航空发动机中,涡喷、涡扇、涡浆发动机各有什么优缺点?

蔡永固


三种发动机的用途不同,当然也是优势各有不同了。

图为我国的涡喷13发动机。



我们先说涡喷发动机,他是三者中结构最简单的,也是这三者的原型,可以以涡喷为基础发展出以上各型发动机。涡喷发动机最大优点是效率高,变速快,燃油效率很高,动力非常直接,广泛用于过去的第二代战斗机,开启了一个高空高速战斗机的时代,对于世界航空史有着很大的影响,但是他能耗高,没有其余降耗手段,导致使用涡喷发动机的飞机需要携带大量燃油。

图为我国的涡扇10A发动机,可见其比涡喷发动机多了外涵道,发动机更加平直和粗壮。


涡扇发动机是在涡喷发动机外部加了一个外涵道,这样增加了空气的流量,也使得发动机有了其他的动力来源,这样内外涵道都可以提供部分推力,以内涵道为主,这样的发动机相比于涡喷发动机更加省油,增大了飞机的飞行半径。用于战斗机的是低涵道比涡扇发动机,这样的发动机可以结合涡喷动力直接和涡扇降低能耗的双重优点,而客机运输机使用的是大涵道比发动机,也就是外涵道比较大的涡扇发动机,这样的发动机能耗极低,可以利用外涵道解决更多的推力,内涵道也不设置燃烧室,这样提高了客机飞行的平稳性和安全性。

图为一个涡桨发动机,可见其在涡喷发动机上增加了一个桨叶,将动力的输出变为桨叶,这样更加适合较大的飞机使用。


涡桨发动机则是一种螺旋桨式的发动机,但是产生功率的并不是老式的星形发动机或者其他什么发动机,而是燃气涡轮发动机,所以成为了涡桨发动机,这种发动机最大好处是可以用于需要使用螺旋桨桨叶的飞机,但是能提供远高于普通星形发动机的功率,增大其起飞重量,一般用于大型化的飞机。


海事先锋


其实这几种发动机都属于燃气涡轮发动机,三者存在一个前后相继的关系,我们只要了解这三者的运转原理,根据他们的原理就可以很好的列举出他们的优缺点。(燃气涡轮发动机)

涡喷发动机

涡扇和涡桨都是在涡喷发动机的基础上发展而来的,所以我们先说说涡喷发动机。空气先进入发动机后,先由许多叶片构造的压气机将空气压缩,而后进入燃烧室与航空煤油等燃料混合燃烧,成为高温高压的燃气气体后推动一级或多级涡轮高论转动再次增压后并由尾喷管向后高速喷出,对发动机形成一个向前反作用力,推动飞机向前飞行,这就是最早的“涡轮喷气发动机”,简称涡喷发动机。由于涡喷发动机的全部动力都来源于燃烧室燃烧后由涡轮增压的高温高压气体,所以具有功率高、高空高速的优点,但是由于全部气体都需要燃料混合加热,所以油耗高、经济性较差、低速性能差是它的缺点。涡喷发动机一般用于对速度有严格要求的飞行器上,早期喷气式战斗机和截击机上有大量使用。(涡喷发动机原理)

前苏联的米格—25高空超音速战斗机就使用留里卡设计局的涡喷发动机创造了3.3马赫和37250米的升限记录。(米格25)

涡扇发动机

由于涡喷发动机的油耗过高和低速性能差的缺点,人们进一步发展了喷气发动机。科学家们在涡喷发动机前面加了一个大风扇,形成了“涡轮风扇发动机”,简称“涡扇发动机”进入发动机的空气首先要通过风扇,一部分从增压机和燃烧室的边缘流过然后直接从后喷出,称之为“外涵气流”。

(涡扇发动机内剖图)

另一部分空气跟涡喷发动机一样流入增压机和燃烧室再高速喷出,称之为“内涵气流”。这两者共同形成发动机的推力,两者的气流比称之为“涵道比”,涡扇和涡喷最主要的区别就是涡扇发动机的动力更加多样,不单纯依靠高温高压气体,还有不需要加热和增压的外涵气流。(蓝色为外涵气流,红色为内涵气流)

这就使得涡扇发动机的燃油经济性更好,并且发动机更加安静而且具备了不逊于涡喷发动机的推力,但是涡扇发动机过于依赖外涵气流和结构复杂也导致了其高空高速性能不佳和制造难度大的缺点。现代涡扇发动机很多都在风扇后安装了“加力燃烧室”,可以在短时间内提高增大发动机的推力,主要用于飞机超音速飞行。作为涡扇发动机最重要的参数之一,涵道比大(也就是外涵气流比例大)的涡扇发动机一般用于对速度要求不高但对经济性要求高的民航客机和运输机,涵道比小的(内涵气流比例大)主要用于对速度要求高的战斗机和轰炸机。(我国运20运输机)

涡桨发动机

为了进一步的提高喷气发动机的燃烧效率和经济性,有人在涡扇发动机的基础上进一步改进,用一个螺旋桨代替了原有的风扇,这就成了“涡轮螺旋桨发动机”,简称“涡桨发动机”。

由于螺旋桨的面积比涡扇大得多,因此进气量也大得多,而且外涵气流比内涵气流大得多,主要动力来源于通过螺旋桨后的外涵气流,只有大约百分之五的动力来源于内涵气流向后喷射带来的动力。涡桨发动机就相当于一个超高涵道比的涡扇发动机,因此耗油极低、经济性极佳。但是由于螺旋桨的转动速度比涡扇低很多,因此涡桨发动机在低速性能好,高速性能却不行,因此一般适用于支线客机和战术运输机。而由于涡桨发动机的体积较大且不利于隐身和安装附挂武器,因此也不适用于现代的战斗机和轰炸机。

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军武吐槽君


涡喷,涡扇,涡桨发动机都可以说是涡轮喷气式发动扪的分支,这三种发动机拥有各自不一样的优点和缺点。比如说涡喷发动机的高速性能好,涡扇的推力大,涡桨的省油,总的来说各有各的缺点。


首先说涡喷发动机,主要由进气道,压气机,燃烧室,涡轮,尾喷管组成,涡喷发动机最大的缺点就是费油,但是优点是高空性能突出,可以在2万米高空之上依然发挥90%的推进效率,像在二代上使用的主要为涡喷发动机,像F4战机上使用的J79涡喷发动机,米格25使用的R15B发动机更是让米格25飞出三万米高空三万马赫的速度。像注重高空性能的二代机如歼八依然使用涡喷发动机。



涡扇发动机就是因为涡喷发动机的耗油而产生的改进型,就是在压气机前方加了一个风扇,形成了一个涵道比,提高了对燃油的使用效率,但这样也造成其高空性能不好,但是省油和静音性使其在民航客机上大量使用,涡扇发动机分为大涵道比发动机,小涵道比发动机。




其中大涵道比发动机主要由民航客机使用,小涵道发动机由三代战斗中使用。目前最大涵道比的发动机已经做到涵道比为11,为GE90发动机,而小涵道比发动机在战斗机上使用,但其涵道比为0.5-0.8,而F22使用的发动机F119的涵道比为0.25,所以有人说F119发动机就是个涡喷发动机,这是F119发动机为了良好的发动机高空性能做的妥协。


涡桨发动机属于涡喷发动机的别一个技术路线,在其燃烧室前加了一个螺旋桨,形成了一个外涵道,优点就是省油,比涡扇还省油至少30%,涡桨发动机发展的不如涡扇,但是其涵道比轻松可以做出20以上的涵道比,涡扇经过多年发展也只能做到11的涵道比,但涡桨发动机的最大时速才800公里,巡航速度500多公里,速度慢,而且其噪音大使其在民航发动机得不到主流的使用。主要在小型介公务机,中型运输机如C130,运8等飞机上使用。



未来使用的发动机将是组合发动机,像sR71上使用的就是涡喷与超燃冲压发动机,涡喷发动机的极限是三万米高空,如果未来要飞更高只能采用超燃冲亚发动机。而美国未来的五代机将使用变循环发动机,可以以涡喷和涡扇两种工作方式运行,未来如果要进入大气层飞行可能还要使用超燃冲压发动机,如果未来我们依然使用石油做能源,我想涡轮发动机还会一直使用。



墨天工


这是涡喷发动机,主体构造包括进气道,压气机,燃烧室,涡轮,以及喷管。当然了,图中并没有加力燃烧室,不过不影响,涡喷发动机的基本构造基本就是图中这样。

这就是涡扇发动机,说白了就是涡喷发动机前面家一组风扇然后在整个发动机外面再套一层。涡扇发动机就是比涡喷发动机多一组风扇和外涵道。结构比涡喷要复杂一些。

涡轮螺旋桨拿涡喷发动机,在中轴上外接一个螺旋桨及其附带的动力传动系统。

这3种发动机各自有不同的特点。在适应的最大飞行速度上:涡喷>涡扇>涡桨。在耗油率方面:涡喷>涡扇>涡桨。实际上,涡桨是比涡扇省油的。但是为什么重视经济性的客机不用涡桨呢?首先,涡桨发动机的客机无法使用客机常见的下单翼布局。而且涡桨发动机的噪声是真的很大。前苏联的TU-95在海上飞一遍,有时候连潜艇声呐都能发现这个庞然大物。而且体积巨大的旋转部件暴露在外,对于一天要飞几趟航线的客机来说指不定会出啥问题。

目前来讲,喷气式发动机中,涡扇是应用最广的,从军事到民用。涡喷发动机则是少数军用飞机装备。比如中国的J-8,俄罗斯的MIG-31就是用的涡喷发动机。不过涡喷发动机实在是比较耗油,如今五代机主要还是装涡扇。

涡扇发动机因为外涵道增加了部分阻力,所以超音速飞行性能上固然是不及涡喷发动机的,但是省油不少,现有技术下战斗机的巡航速度一般也就定在0.8M。F-22虽说是可以超音速巡航,但是毕竟100%军推还是不如70%军推巡航来的省油。

不过涡扇和涡喷发动机在未来预计30-50年内肯定是会被变循环发动机替代了。


贞观防务


都是带“涡”的发动机。带涡就是利用燃气膨胀动力进行进气压缩循环的发动机。

涡喷,现在已经基本淘汰了。它的优点只能是相对活塞发动机而言。

涡扇与涡桨,都是把一部分经初级压缩气体直接推出以获得动力的。所不同的是,涡扇的部分动力还是来自燃烧后气体膨胀加速的反作用力,而涡桨的动力则全部来自于涡轮所拦截下来的燃烧气体膨胀动能。

涡桨,在制造空气浮力上有最大的节能优势。

涡扇,在制造物体位移上有最大的节能优势。

好想为国家设计发动机呕……


爱因斯坦也是民科


涡喷发动机高速动力强,适合高速飞行,比如歼8!但是耗油量巨大,涡扇发动机适合中高速运行,相对比较省油,比如歼11,是现代非常的大趋势,涡扇适合直升机和小运输机和轰炸机,比较省油比如各型号直升机和运8.运9等。续航能力好!但是飞不快!噪音比较大


天天向上44346372


“涡浆”发动机一定是混蛋造的。


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