上次我们讲了喷气式发动机的基本原理,喷气式发动机演化到现在,出现了好几种不同的机型,比如纯涡轮喷气式发动机,涡扇式发动机,涡轮螺旋桨发动机,而现阶段无论是民用还是军用领域,为什么是涡扇式发动机几乎垄断了市场呢?
喷气式发动机主要是依靠尾部排出气体的反作用力产生推力的,喷气式发动机主要是依靠尾部排出气体的反作用力产生推动力的,为了提升喷气式发动机的推进效率,可以通过两种手段,一是增加发动机尾部排出气体的速度;另一种办法就是增加发动机排出气体的质量。更高速的排出气体意味着消耗更多的能量,而在同样能量消耗下,增加排出气体的质量降低气体的排出速度,这种办法更加合理。
于是工程师们在发动机前增加了一级或多级风扇,通过低速涡轮带动风扇旋转,虽然这种办法会导致燃气在涡轮部分做更多的功,在尾喷口处的速度降低,但是能够使发动机吸入更多质量的空气,提升推进效率空气通过进气口,被风扇吸入后流经了两条不同的通道,分别为内涵道和外涵道,流入内涵道的空气进入发动机核心内部压缩燃烧膨胀做功;燃气在内涵道尾口排出而流经外涵道的空气通过叶片导向,直接就在外涵道尾口排出了。
排出的空气速度略高于周围流动的空气速度,由于其质量很大因此产生了推力。流入外涵道与
内涵道的空气质量流量比值,称为涵道比。涵道比高的涡扇发动机一般在民航使用,而能够垄断民用市场的主要原因,就是他的推进效率高。而低涵道比的发动机一般在军事领域使用,军用发动机原理大体相同,虽然同样是涡扇式发动机,但它解决的可不单单是效率问题。
这里我们再来说一说,涡扇发动机主要的推动力到底来源于何处。早期的喷气式发动机其推进力,是依靠燃烧后排出的燃气膨胀推动的,而对于大涵道的民航客机来说80%以上推力都是由外涵道完成的。也就是依靠那些没有参与燃烧的空气,而内涵道的燃气主要是为各级叶片旋转提供动力的,说到这你可能会有一种感觉,这涡扇式发动机好像和涡轮螺旋桨式发动机差不多啊,不也只依靠一个大风扇吗?
事实上,相对于螺旋桨发动机,涡扇式发动机能够通过进气道对流入的空气进行调整,让空气速度、压强稳定(稳定在0.5·0.7Ma之间),从而让涡扇式发动机更有效率的在高速飞行中运行。而螺旋桨发动机由于不具备进气道,如果叶片尖端相对速度超过1Ma(360m/s)其飞行效率大大降低所,以传统的螺旋桨发动机在低速飞行效率更高,而在亚音速飞行时,涡扇式发动机效率更高。
好了,这就是涡扇式发动机的基本原理了,感觉是不是不难,恨不得马上就拿起锤头造起来,虽然也有外国奇客DIY出来了,但我想告诉你,造一台靠谱的喷气式发动机还是困难重重,下一期让我们来盘点一下“工业王冠上的珍珠”航发的制造难点。
涡轮发动机