涡喷和涡扇的优劣(航空燃气涡轮发动机的涡喷、涡扇、涡桨、涡轴是如何区别的？)

Posted 2023-06-01

篇首语：再长的路，一步步也能走完;再短的路，不迈开双脚也无法到达。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了涡喷和涡扇的优劣(航空燃气涡轮发动机的涡喷、涡扇、涡桨、涡轴是如何区别的？)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

涡喷和涡扇的优劣(航空燃气涡轮发动机的涡喷、涡扇、涡桨、涡轴是如何区别的？)

对蓝天的向往和在空中飞翔的渴望，是人类孜孜以求的目标。

所以自从20世纪初叶徕特兄弟实现人类长久以来的飞行梦想以来，人类对天空的探索从没停止过。

最初飞机的动力来自活塞式发动机；1950年代之后，活塞式发动机逐渐让位于燃气涡轮发动机。由于在高速飞行时，活塞式发动机输出推力较小，因此在现代飞机中，动力装置绝大多数为燃气涡轮发动机。

航空燃气涡轮发动机分为若干种：

[涡轮喷气发动机]、

[分别排气涡轮风扇发动机、混合排气涡轮风扇发动机]、

[涡轮桨发动机]、

[涡轮轴发动机]

011. 涡喷发动机

0进气道进气---1压气机增压---2燃烧室加热---3涡轮膨胀作功带动压气机---4尾喷管膨胀加速---9排气到体外

对了，常有航空爱好者觉得燃气轮机这东西不可思议，有点像是“永动机”，不然怎么能够自己（涡轮）带动自己（压气机）转呢？

其实并不是酱紫滴~~

燃气涡轮发动机先由辅助动力装置（APU）带动，APU就是一个小型的燃气轮机，而APU由一个小电动机带动。发动机转起来之后，压气机源源不断地把压缩了的空气送到后面的燃烧室，在燃烧室里空气和燃油混合燃烧，向后排出高温高速高压气体，这些气体带动涡轮旋转，涡轮和压气机是用轴连在一起的，因此涡轮旋转了，压气机也跟着旋转，就不断地把空气压缩进去了~~

昆仑涡喷发动机是我国第一台走完自行设计、试制、试验、试飞全过程的航空发动机，昆仑发动机的军用代号是涡喷14。

2. 涡轮风扇发动机

涡轮风扇发动机要比涡轮喷气发动机更省油，尤其是超过音速不太多时。所以民用喷气飞机大多数采用的是分别排气式涡轮风扇发动机。

我国民用分开排气涡轮风扇发动机还未研制成功，军用混合排气涡轮风扇发动机已成功批量生产的有：相当于英国60年代的SPEY（斯贝）国内法仿制型号是WS-9，改进型号叫秦岭，用于飞豹上。相当于苏27上的AL31的太行也研制成功。美国用于F22的F-119-PW-100双转子加力涡扇发动机已能无加力超音速巡航，而AL31还不行。

2.1分别排气涡轮风扇发动机

进气道进气--风扇增压--气流分为两股

内涵气流：压气机增压--燃烧室加热--涡轮膨胀作功带动风扇和压气机--内涵尾喷管膨胀加速--排气到体外

外涵气流：外涵道--外涵尾喷管膨胀加速--排气到体外

我们常见的民航客机所采用的发动机，多半是分别排气涡轮风扇发动机，比如著名的V2500，PW4000,GE90....

这就是著名的V2500发动机“国际航空发动机公司”生产的，给A320使用的。
MD90，A321飞机都采用了这种发动机

V2500发动机是轴流式，双转子，高涵道比（恩，就认为外面那圈的气流比里面那圈大些吧）

涡轮风扇发动机的结构是：

5级低压压气机（包括最前端（最左端）的最大的那一坨风扇叶片）

10级高压压气机

环型燃烧室

2级高压涡轮

5级低压涡轮

混合排气涡轮风扇发动机

进气道进气--风扇增压--气流分为两股

内涵气流：压气机增压--燃烧室加热--涡轮膨胀作功带动风扇和压气机--混合器

外涵气流：外涵道--混合器

两股气流在混合器中掺混--尾喷管膨胀加速--排气到体外

秦岭涡扇发动机

太行发动机

太行大推力涡轮风扇发动机就是网上所说的WS10/10A、B、C、D系列发动机，推比8左右。太行发动机的研制始于上世纪八十年代末，2005年12月28日完成设计定型审查考核，历时18年。太行发动机是中国首个具有自主知识产权的高性能、大推力、加力式涡轮风扇发动机，它结束了国产先进涡扇发动机的空白。太行发动机由中国606所研制，是国产第三代大型军用航空涡轮风扇发动机。采用大推力函比及全自动数字化控制系统，最大推力不超过12000公斤。

太行发动机和它的总设计师张恩和

涡轮轴发动机

航空涡轮轴发动机，或简称为涡铀发动机，是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。法国是最先研制涡轴发动机的国家。50年代初，透博梅卡公司研制成一种只有一级离心式叶轮压气机、两级涡轮的单转于、输出轴功率的直升机用发动机，功率达到了 206kW(280hp)，　成为世界上第一台直升机用航空涡轮轴发动机，定名为“阿都斯特—l”(Artouste—1)。首先装用这种发动机的直升机是美国贝尔直升机公司生产的Bell 47(编号为XH—13F)，于1954年进行了首飞。

涡轴发动机的主要机件与一般航空喷气发动机一样，涡轴发动机也有进气装置、压气机、燃烧室、涡轮及排气装置等五大机件，涡轴发动机典型结构如下图所示。

压气机

压气机的主要作用是将从进气道进入发动机的空气加以压缩，提高气流的压强，　为燃烧创造有利条件。根据压气机内气体流动的特点，可以分为轴流式和离心式两种。轴流式压气机，面积小、流量大；离心式结构简单、工作较稳定。涡轴发动机的压气机，其结构形式几经演变，从纯轴流式、单级离心、双级离心到轴流与离心混装一起的组合式压气机。当前，直升机的涡轴发动机大多采用的是若干级轴流加一级离心所构成的组合压气机。例如，国产涡轴6、涡轴8发动机为l级轴流加1级离心构成的组合压气机；“黑鹰”直升机上的T700发动机其压气机为5级轴流加上l级离心。压气机部件主要由进气导流器、压气机转子、压气机静子及防喘装置等组成。压气机转子是一个高速旋转的组合件，轴流式转子叶片呈叶栅排列安装在工作叶轮周围，离心式转子叶片则呈辐射形状铸在叶轮外部，见下图。压气机静于由压气机壳体和静止叶片组成。转于旋转时，通过转子叶片迫使空气向后流动，不仅加速了空气，而且使空气受到压缩，转于叶片后面的空气压强大于前面的压强。气流离开转于叶片后，进入起扩压作用的静于叶片。在静于叶片的通道、空气流速降低，压强升高，得到进一步压缩。一个转子加一个静于称为一级。衡量空气经过压气机被压缩的程度，常用压缩后与压缩前的压强之比，即增压比来表示。

增压比是评估压气机性能的重要指标。现代直升机装用的涡轴发动机，要求压气机的总增压比越来越高，有的已使增压比达到20，以使发动机获取尽可能高的热效率和轴功率。

燃烧室

燃烧室是发动机内燃油与空气混合、燃烧的地方。燃烧室一般由外壳、火焰筒组成，气流进口处还设有燃油喷嘴，起动时用的喷油点火器也装在这里。燃烧室的工作条件十分恶劣，由于气体流速很高(一般流速为50一100m／s之间)，混合气燃烧如大风中点火，因此保持燃烧稳定至关重要。为了保证稳定燃烧，在燃烧室结构设计上采取气流分流和火焰稳定等措施。

经过压气机压缩后的高压空气进入燃烧室，被火焰筒分成内、外两股，大部分空气在火焰筒外部，沿外部通道向后流动，起着散热、降温作用；小部分空气进入火焰筒内与燃油喷嘴喷出(或者甩油盘甩出)的燃油混合形成油气混合气，经点火燃烧成为燃气，向后膨胀加速，然后与外部渗入火焰筒内的冷空气掺合，燃气温度平均可达 1500℃，流速可达230m／s，高温、高速的燃气从燃烧室后部喷出冲击涡轮装置。

工作时，先靠起动点火器点燃火焰筒内的混合气，正常工作时靠火焰筒内的燃气保持稳定燃烧。由于燃烧室的零件工作在高温、高压下，工作中常出现翘曲、变形、裂纹、过热烧穿等故障，为此燃烧室采用热强度高、热塑性好的耐高温合金。

按照燃气在燃烧室的流动路线，燃烧室可分为直流和回流式两种。直流燃烧室形状细且长，燃气流动阻力小，回流燃烧室燃气路线回转，燃气流动阻力大，但可使发动机结构紧凑，缩短转于轴的长度，使发动机获得较大的整体刚度。图2．2—34为国产祸轴8发动机的燃烧室，是介于以上两者之间的一种折流燃烧室，使燃气折流适应甩油盘甩出燃油的方向，以提高燃油雾化质量及燃烧室工作效率。

涡轮

涡轮的作用是将高温、高压燃气热能转变为旋转运动的机械能。它是涡抽发动机的主要机件之一，要求尺寸小、效率高。涡轮通常由静止的导向叶片和转动的工作叶轮组成。和压气机恰好相反，祸轮的导向叶片在前，工作叶片在后。从燃烧室来的燃气，先经过导向叶片、由于叶片间收敛形通道的作用，提高速度、降低压强，燃气膨胀并以适当的角度冲击工作叶轮，使叶轮高速旋转。现代涡轴发动机进入涡轮前的温度可高达1500℃，涡轮转速超过50000r／min。由于涡轮工作时要承受巨大的离心力和热负荷，所以涡轮一般选用耐高温的高强度合金钢，此外，还要为祸轮的散热和轴承的润滑进行周密设计。

与一般涡轮喷气发动机不同，直升机用涡轴发动机的涡轮既要带动压气机转动，又要带动旋翼、尾桨工作。现在大多数涡轴发动机将涡轮分为彼此无机械连接的前、后两段，见上图。前段带动压气机工作，构成发动机的燃气发生器转子；后段作为动力轴，即自由涡轮，输出铀功率带动旋翼、尾桨等部件工作。前、后两段虽不发生机械连接关系，却有着气体动力上的联系，可以使得燃气发生器涡轮与自由涡轮在气体热能分配上随飞行条件改变作适当调整，这样就能使涡轴发动机性能与直升机旋翼性能在较宽裕的范围内得到优化组。

涡轴8（WZ8）型涡轮轴式喷气发动机是在法国阿赫耶涡轴发动机的基础上，由我国南方航空动力机械公司生产的军民两用的发动机。牌号为涡轴8，主要用于直9系列直升机。

涡轴-9（WZ9）
为目前武直-10的动力，目前没有比较公开的详细资料，应该出自608所。2013年直博会大秀其优秀机动性

涡轴-16（WZ16），是由中方与法国透博梅卡公司联合研制的大功率发动机的代号，法国编号为“阿蒂单”-3，该发动机的功率达到1200-1500千瓦，超过了加拿大普·惠生产的PT6C-67C涡轴发动机（1250千瓦功率）。后因各种原因被迫放弃，而改用了国产涡轴-9型发动机。涡轴-16研制成功后，如果能再次整合到武直十项目中，能令武直十的性能成倍跃升，或能从现在的中型武装直升机一跃成为与阿帕奇比肩的重型武装直升机。

涡轴-16，未来国产武直的希望啊！！

涡轮桨发动机

进气道进气-压气机增压-燃烧室加热-涡轮膨胀作功带动压气机和螺旋桨-尾喷管膨胀加速-排气到体外

发动机是桨扇发动机的一种方案，可以说是采用先进技术的涡轮螺桨发动机。是带有外涵道的桨扇发动机，可以视为超高涵道比的涡轮风扇发动机（涵道比为 15~20量级）。普通螺旋桨由3到4片直叶片组成，而桨扇由8到10片后掠叶片组成，此外还具有叶型薄、最大厚度位置后移等特点。这些特点克服了一般螺旋桨在飞行马赫数在达到0.65（大约800KM/H）之后效率迅速下降的问题，而使推进效率较高的优越性保持到飞行马赫数0.8左右。

近40年来用于支线客机和通用飞机的涡桨发动机已经成功地研制和使用了两代产品。第三代产品正在研制并陆续投产。第一代是20世纪70年代前投入市场的，主要代表机种为达特、PT6A和TPE331、NK-4、AI-20等，功率范围500～1 500kW，耗油率为0.35～0.40kg/(kW·h)，主要是12～60座的中短程的民航机。第二代是20世纪70年代末80年代初投入市场的，主要有PW100、CT7-5和TPE331-14/15等。这类发动机的主要技术数据为：压比11～16，涡轮前温度1 273～1 533K，耗油率0.280～0.315kg/(kW·h)。第三代产品是指20世纪90年代以后的发动机。主要有AE2100和APE351-20两型发动机。AE2100是美国艾利逊公司（已为罗·罗公司收购）研制的大功率涡桨发动机，功率为4 474kW，如改进高压涡轮，功率可提高到5 880kW。发动机的发展潜力较大。TPE351-20是美国加雷特公司（属霍尼韦尔公司）为40座支线客机研制的中等功率的推进式涡桨发动机，原型机功率为1566kW，采用新的压气机后可使功率提高到1870kW。该型发动机是基于F109和TPE331-14等的技术基础设计的，发展潜力很大。此外加拿大普·惠公司也在发展PW200系列发动机，它包括涡轴型和涡桨型，也很有发展潜力。表6列举了第二代和第三代涡桨发动机的有关性能参数。

涡桨发动机适用于巡航马赫数为0.7~0.8的短途运输机。

这是一个喷气发动机的反推力装置示意图.
正常飞行时

反推力装置打开时候.