飞机引擎是啥,航空发动机被称为什么

飞机引擎是什么意思（带你了解航空发动机的相关知识）

本文要给大家介绍的是关于aero 空发动机的相关知识。其实飞机上用的aero 空发动机你应该听说过不少，比如涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机等。，还有什么其他的小型旁通发动机。最常听到的是涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。同时它还有“涵道比”这个名词，但是对于很多人来说，应该只知道它们的名字，并不知道这些发动机的区别。因此，在本文中，我们将简要介绍涡喷发动机和涡扇发动机的相关知识。看完之后，基本可以知道涡喷发动机和涡扇发动机的区别，并对涵道比等一些术语进行解释。

装备f-135发动机的F-35战斗机

首先，涡喷发动机的全称是涡喷发动机，涡扇发动机的全称是涡扇发动机。至于两者的区别，我们可以从结构、推力来源、主要用途来区分。我们先来看两款发动机的结构。首先，这两款发动机都属于空燃气喷气发动机空，在核心部件的结构上是相似的，即都是“压气机+燃烧室+涡轮”，或者我们可以这么说，[下图1为某涡喷发动机的结构示意图。注意图中标记的压缩机、燃烧室和涡轮结构。至于涡扇发动机，还有压气机、燃烧室和涡轮。然而，与涡轮喷气发动机不同，涡轮风扇发动机在前端有一个额外的风扇组件，以及由于风扇而产生的额外的旁通管道，如下图2所示:

图1:涡轮喷气发动机结构图

图2:涡扇发动机结构图

所以如果单纯从结构上划分，涡扇发动机比涡喷发动机多了一个风扇和涵道。同时，也正是因为这种结构上的不同，导致了两种发动机的推力来源不同。首先，涡喷发动机的推力产生过程大致如下:外界空空气通过进气道进入发动机，然后被压气机压缩。成为高压气体后，进入燃烧室与燃料混合燃烧，成为高温高压气体。然后这种高温高压的气体在从喷嘴出来的过程中会先喷到涡轮的叶片上，带动涡轮运转并反馈带动压气机工作，剩下的气体从喷嘴出来产生推力。如下图所示，是涡喷发动机工作过程示意图。从这个过程中我们也可以了解到，涡喷发动机对喷气能量的利用效率是很低的。为什么？答案有两个。一个是很大一部分能量被涡轮带走，反馈给压缩机。另一种是喷嘴喷出的剩余气体温度较高，部分能量会以热能的形式耗散在空气体中。

涡轮喷气发动机工作原理图

说完涡喷发动机的推力产生过程，我们继续介绍涡扇发动机。下面我们先来看看涡扇发动机的工作原理图。图中箭头所示为空气体的流动路径。从这个图中我们可以知道外部空气体从进气道流出一部分会经过风扇和旁路后到达尾喷管，另一部分则类似于涡喷发动机。经过内部通道，也就是压气机和燃烧室后，会变成高温高压气体，最后到达尾喷管(一部分能量通过涡轮带动前面的压气机和风扇)。此时，在尾喷管处，高温的内部通道气体将与温度较低的外部通道空气体混合。因此，对于涡扇发动机来说，其推力来自于高温高压气体喷射产生的推力和风扇旋转产生的推力之和。

涡轮喷气发动机工作原理图

因此，与涡喷发动机相比，涡扇发动机具有更高的推进效率。为什么？原因有二。第一，涡扇发动机多了一个风扇，也会产生推力。还有一点就是尾喷管喷射的混合气体温度相对较低(前面说过内通道的燃气会和冷空气混合)，喷射速度相对较小。那么，为什么喷气速度较小时推进效率较高呢？因为发动机的推进效率与进口速度和出口(喷流)速度有关，所以两者之间存在这样的函数关系。看下图。图中的字母η表示发动机的推进效率，“V-in”表示入口处的空气体流量，“V-out”表示喷嘴处的气体喷射速度。根据该公式的数学关系，推进效率η的值将越大，当“V out”=“V in”时，二者之比为1，理论上发动机的推进效率将达到100%。因此，对于涡喷发动机来说，“V out”的值远大于“V in”，因此其推进效率“η”较小；与涡扇发动机不同的是，混有空气体的射流出口气体的温度和速度会有一定程度的下降，使得“V-out”更接近“V-in”，因此推进效率“η”的数值更大。

与发动机推进效率有关的数学公式

所以以上就是涡喷发动机和涡扇发动机在推进效率上的区别，也就是说在产生相同推力的情况下，涡扇发动机的推进效率更好，也就是燃油经济性更好。但是，有利也有弊。虽然多一个风扇可以给涡扇发动机带来更高的推进效率和更好的燃油经济性，但是也有缺点，就是风扇会给发动机带来更大的体积，发动机头部的迎风面积也会更大。这样一来，飞机的速度越高，发动机产生的风阻就会越明显。因此，头部导管较大的涡扇发动机不适合高空速度飞行。这些发动机通常用在以亚音速飞行为主的民航客机和货机上，或者一些军用运输机上。比如下图，是客机上的大涵道比涡扇发动机:

民用飞机上的大涵道比涡扇发动机

对于涡喷发动机来说，虽然在燃油经济性和推进效率上不如涡扇发动机，但也有自己的优势，即适航范围更广。无论是高空高速拦截还是低空亚音速飞行，涡喷发动机都是如此，如今还在使用涡喷发动机的飞机基本都是那些老式战斗机。比如下图米格-21高空高速截击机上使用的图曼斯基R-25-300涡喷发动机，最适合这些主要以高空高速飞行的战斗机使用涡喷发动机。

Tumky r-25-300涡轮喷气发动机

说到这里，也许又有人会问，既然老战机普遍使用涡喷发动机，那么现在先进战机用的是什么发动机呢？是涡扇发动机，只不过我们要在前面加个前缀，即:小涵道比涡扇发动机。前面我们提到了大涵道比的涡扇发动机，这里还有一个小涵道比的涡扇发动机。那么这个“旁路比”到底是什么意思呢？不同涵道比的发动机有什么区别？我们继续介绍吧。首先，我们在前面介绍涡扇发动机的结构和工作原理的时候提到，由于风扇的存在，空空气从进气道进来后会分成两部分，一部分进入外涵道，另一部分通过内涵道。所以这个的涵道比实际上就是分别流经外涵道和内涵道/[/k0。在大多数情况下，涵道比的值与风扇的大小有关。为什么？其实很好理解，因为内风道的宽度是固定的，也就是说空空气的流量也是固定的，而外风道的宽度与外风扇的体积有关。风扇风量越大，发动机外风道宽度越大，这样流过外风道的空空气就越多，两个

内部和外部旁路空气流示意图

所以，为什么我们经常说，所有的军用战斗机都使用小涵道比的涡扇发动机？这就是为什么战斗机在大多数情况下以高速飞行为主，同时需要兼顾优良的机动性和燃油经济性。因此，推进效率高、燃油经济性好的涡扇发动机是一个不错的选择。但传统涡扇发动机由于扬程大、体积大、高速时风阻大，不适合高空高速飞行。要想在今天的战斗机上使用涡扇发动机，就必须降低其体积和重量，以及头部迎风面。缩小体积的办法就是缩小前置风扇的尺寸和外涵道的宽度，所以发动机的涵道比也就相应的降低了，也就成了我们通常所说的小涵道比涡扇发动机。对于不同涵道比发动机的应用，可以看下面两张图。图1是一些军用战斗机的发动机涵道比数据，图2是一些大型货机/客机的发动机涵道比数据。从图中我们可以知道战斗机发动机的涵道比都小于1，而大飞机的涵道比都大于1。

图1:一些军用飞机发动机的涵道比

图2:一些客机/货机的涵道比

所以关于涡喷发动机和涡扇发动机以及涵道比的解释基本到此结束，但是涡喷和涡扇发动机并不能代表所有的aero 空发动机，它们只是aero 空发动机的一小部分。我们说的aero 空发动机，从大的方面来说属于燃气轮机。比如我们常见的直升机上的发动机其实叫涡轴发动机，结构上是动力涡轮+传动轴+减速器，还有一种是涡桨发动机，叫涡桨发动机。从外观上看，涡桨发动机与传统的螺旋桨发动机非常相似，但本质上也叫螺旋桨发动机。然而，与传统螺旋桨发动机使用活塞动力不同，涡桨发动机使用涡轮驱动螺旋桨。涡桨发动机的优点是结构简单，省油，推力大，低速性能优异(甚至优于涡扇发动机)。当然，涡桨发动机因为硬件限制，不适合高速飞行。因此，这

图1:装有涡轮螺旋桨发动机的安-22运输机

图2:装有螺旋桨风扇发动机的安-70运输机

最后，我们扩展另一个，即“螺旋桨风扇发动机”。所谓螺桨风扇发动机，其实是介于涡扇发动机和传统涡桨发动机之间的一种“跨界发动机”。为什么是跨界？首先，，和涡桨一样，在外面有螺旋桨结构，但是涡扇的螺旋桨转速更高。其次，与涡扇相比，涡扇没有外涵道。原理上和涡桨一样，都是用涡轮带动螺旋桨，但两者的区别在于涡桨有减速器，也就是涡轮通过减速器传递给螺旋桨。也是因为这个原因，螺旋桨风扇发动机的叶片形状设计不同于涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨。同时，根据螺旋桨风扇的位置，螺旋桨风扇发动机可分为“后螺旋桨风扇式(牵引式)”和“前螺旋桨风扇式(推进式)”。螺旋桨风扇发动机优势很大。首先，具有良好的经济性能，与涡扇发动机相当，同时可以兼顾同类涡扇发动机的推进和速度性能。因此，螺桨风扇发动机成为新时代大型民用/军用客/货机的主要选择之一。上图2所示的安-70运输机使用的是螺旋桨风扇发动机。