隔离丶七日情
什么叫分开排气,什么叫混合排气?
对于现在的很多航空发动机,进入发动机的气流会被分成两个部分,其中一部分要进入发动机的核心机、被加热,另一部分则是简单经过风扇加速之后就被排出(如下图所示,外侧的气流就是外涵道,内侧的气流就是内涵道)。这两部分分别叫内涵道气流和外涵道气流。而我们经常说的“涵道比”就是这两股气流的流量之比,涵道比越大,则不经过加热被排除的气流就越多。
一般来说,高速飞机的涵道比较低,低速飞机涵道比较大。
而气流被分为内外涵道气流之后,遇到了一个问题,就是这两种气流最后混合还是不混合?所以说就有了“分开排气”还是“混合排气”的说法。比如说下面这张图分别是分排和混排。
下面这张图就是发动机内的混合器,内外涵道的气流需要通过这种“菊花”状的混合器以最高的效率混合在一起。如果有机会的话大家可以绕道发动机后方,也许就可以看到这种东西。
两种排气方式各有什么优缺点?
事实上,两种排气方式在不同的飞行状态、不同的涵道比,优缺点是不一样的。但是总的来说,涵道比相对比较小的情况下(涵道比小于7,但是实际上这样的涵道比已经是很大了),混合排气的会更加省油一些,大概可以省油2%-3%,同时推力还会有些许的提高(大概提高1%-2%)。下面这张图就是不同推力下两种排气方式的耗油率,蓝色的是混合排气方式。
但是,一旦涵道比超过了7,那么混合排气就显得不那么经济了,一方面是耗油更多,另一方面是推力也会下降,这样的情况主要是由于混合排气会大大降低排气温度,同时过量的外涵道气流也会使混合的过程产生很大的压力损失——因为内涵道喷管内的气流处于高速的状态。下面这张图是不同推力下,两种排气方式的耗油率,可以看到,蓝色的混合排气方式耗油率要高于分开排气。
所以现在最先进的大涵道比涡扇发动机一般是采用分开排气。用来获得更加高效节能的发动机性能。
航小北的日常科普
毕竟不是搞学术,能简单一点讲明白就好。
下图就是低涵道比涡扇发动机:
经过燃烧室的热气流和没经过燃烧室的冷气流混合后再从排气口排出。由于是直接混合,所以结构相对简单,节省重量,主要的推力都是来自经过燃烧室的喷气(相对温度高)。低涵道比发动机多用于战斗机,大多数战斗机用的发动机都有加力燃烧室,先前经过燃烧室的气流氧气肯定是减少了的,经内外气流的混合可以补充一部分氧气,混合后再进入加力燃烧室可以燃烧更充分,推力更大。
下图是大(高)涵道比涡扇发动机:
对比第一张图最大的不同在于不经过燃烧室的外部气流通道明显增大,主要的推力都是来自不经过燃烧室的喷气(相对温度低)。同样是为了节省重量,基本上外涵道的气流不和内涵道气流混合,外涵道气流还可以起到降温隔热作用。
相对来讲,军用低涵道比发动机推重比大,油耗高,效率低;民用大涵道比发动机推力大,油耗低,效率高。但是两者都追求可靠性和使用寿命。