航空發動機是怎麼分類的?為什麼戰鬥機發動機不好造?

2019-10-06   左手槍炮右手玫瑰

要說航空發動機的名字可真是折磨人,

什麼渦噴、渦扇、渦槳、渦軸……

好多博主都試圖講清楚這些發動機的區別,

放出了數不清的圖,說了數不清的話,

結果大家還是聽得雲里霧裡,一臉問號。

沒辦法,可能他們自己也搞不清楚,只能人云亦云了。

那麼到底這些發動機有什麼區別?


為什麼航空發動機是「渦」字輩?

大家首先看到的是航空發動機都是「渦」字輩,

渦噴、渦扇、渦槳、渦軸……

是不是這樣?

那麼為什麼都帶個「渦」字?

敲黑板,重點來了!

這個「渦」指的是「渦輪」。

汽車裡也有「渦輪增壓」,

有渦輪增壓的汽車會更貴一些,

那麼這個渦輪為什麼這麼重要?

因為渦輪是發動機動力的來源。

簡單說,渦輪就是這麼一個東西:

高溫高壓氣體推著一個盤子轉動。

風吹動風車,風車轉

形象一點兒:就是用高溫高壓氣體推動轉起來的風車,

風吹動風車帶動磨盤轉動可以磨麵粉;

高溫高壓燃氣推動渦輪轉動就可以驅動整個發動機了。

高溫燃氣吹動渦輪,渦輪轉(這個動圖轉反了)

而正是因為渦輪是現代航空發動機動力的來源,

所以現代航空發動機都帶個「渦」字。


動力怎麼來的知道了,那麼動力是怎麼沒的?

我不想知道我是怎麼來的,

我就想知道我是怎麼沒的。

動力是從渦輪來,那麼這些動力又到哪兒去了?

重點來了!敲黑板!

這些動力都驅動空氣向後運動了。

這個道理很簡單,

你驅動空氣往後運動,

你就獲得了一個往前運動的力。

想要明白航空發動機為什麼能有向前的力,

只要知道上面這兩句話就行了。

但是,怎麼驅動空氣運動呢?

又該驅動多少空氣向後運動呢?

於是問題就來了,

這就需要八仙過海、各顯神通。

這也是為什麼都是「渦」字輩的,

但是「渦」後面的那個字卻不一樣。

(渦輪還有其他作用,但我們今天只講主要矛盾)


從游泳說到航空發動機。

游泳大家都游過,

但是游泳跟航空發動機有什麼關係呢?

我想問,大家有沒有一種在水裡游泳「使不上勁」的感覺?

簡單說,你拿手拚命劃拉水,但是水都從指縫之間溜走了,

所以才會覺得使不上勁。

那麼怎麼辦呢?

很簡單,用腳蹼。

穿上腳蹼游泳更「得勁」

穿上之後立馬游泳速度唰唰地。

這是為什麼呢?

原因是這樣的:

你拍打四肢,

把水往後推,獲得一個向前的力,

如果你穿上腳蹼,腳蹼大,可以帶動更多的水,

因為你能把更多的水往後推,所以會獲得更大的向前的力,

航空發動機也是一樣,

渦輪驅動發動機轉動,

發動機轉動把空氣往後推,

只有把更多的空氣往後推,航空發動機才更容易向前進。

你穿上腳蹼之後游泳更省力;

航空發動機穿上「腳蹼」之後飛行更省油。

所以游泳和航空發動機的原理有相通的地方。

航空發動機也要穿腳蹼,而且穿的腳蹼越大,越省油。

有的發動機不戴腳蹼,

就是小胳膊瞎劃拉,

好好的燃氣都直接噴出去了,

所以費油的不行,

我們叫這種發動機「渦噴發動機」

命名規則:渦輪+噴氣->渦噴。

有的發動機穿上了小腳蹼——「風扇」,

就跟我們平時用的電風扇差不多的東西,

航空發動機上的「風扇」

發動機的分解圖,藍色部分展示的是渦輪驅動風扇轉

渦輪跟風扇連在一起,燃氣吹動渦輪帶著風扇轉動。

風扇不大,攪動的空氣不多,所以一般省油,

我們叫渦輪帶動風扇轉動的發動機「渦扇發動機」,

命名規則:渦輪+風扇->渦扇。

中等大小的腳蹼是「槳葉」,

就像是風車一樣,但是直徑更大,

航空發動機上的「槳葉」

直徑大,攪動的空氣更多,所以更省油一些,

我們叫渦輪帶動槳葉的發動機「渦槳發動機」,

命名規則:渦輪+槳葉->渦槳。

更大的腳蹼是「螺旋槳」,

發動機上的「螺旋槳」

直徑更大了,甚至於渦輪已經「帶不動」這個大傢伙,

所以得要帶上一個龐大的變速箱,

發動機通過傳動軸連著齒輪變速箱

把渦輪的動力通過一根軸傳到螺旋槳上去,

也就是說渦輪直接帶動的不是螺旋槳,而是傳動軸

所以我們把渦輪帶動傳動軸的發動機叫做「渦軸發動機」,

命名規則:渦輪+傳動軸->渦軸。

看見沒有,從渦噴到渦扇到渦槳到渦軸,

「腳蹼」越來越大,

發動機越來越省油、推力越來越強。

那麼有些人問了:我們經常說的涵道比是什麼?

什麼是「小涵道比渦扇發動機」和「大涵道比渦扇發動機」呢?

敲黑板,重點又來了!

其實涵道比就是指的你額外攪動的空氣的比例,

比例越大,就代表額外攪動的空氣越多,

剛剛我們說的「腳蹼更大」只是一個形象的說法,

這裡的「涵道比」才是更加專業的說法。

渦噴發動機涵道比最小,渦扇高一點兒,渦槳更高……

下面這張圖就是不同涵道比發動機的耗油率,

可以看到,涵道比越高代表「腳蹼」越大,

渦輪驅動下發動機額外攪動的空氣越多,

最終的結果就是發動機更省油,

從左到右的發動機「腳蹼」越來越大,也越來越省油

而且我們也看清楚了航空發動機的命名規則,

兩個字分別代表的「動力怎麼來的」和「動力怎麼沒的」,

安排的明明白白。


但是,發動機的「腳蹼」不是越大越好

確實,腳蹼越大,航空發動機推力越大越省油,

但是,重點來了,敲黑板

「腳蹼」大不是只有好處沒有壞處,

最大的壞處就是:阻力大。

你就想,飛機發動機前面有那麼大的風扇,

這得是多大的阻力?

所以不是所有的飛機都用「大腳蹼」的發動機。

比如說,有些追求高速性能的戰鬥機,

就得用涵道比更小的發動機,

費點兒油也認了,速度才是第一位。

F-22和小涵道比渦扇發動機的發動機

但是,客機和運輸機就對速度沒有那麼多要求了,

飛的慢一點兒也沒關係,

所以可以用大涵道比的航空發動機,

特別是像軍用運輸機,

這種飛機不會飛很快,也不限制噪音,

所以很多都會用渦槳發動機,

因為渦槳發動機最省油。

C-130軍用運輸機和渦槳發動機

總之,不同類型的發動機有不同的特點,

優點和缺點都很明確,

不同種類的飛機根據自己的需求選擇發動機。


總結

不同類型的發動機,

是根據「動力是怎麼來的」和「動力是怎麼沒的」,

這兩個問題來命名的。

動力都是渦輪產生的,

但是不同發動機消耗動力的方式不一樣,

所以才有了不一樣的發動機名字。

渦噴、渦扇、渦槳、渦軸發動機……

這些名字不是隨便叫出來的。

發動機涵道比越大越省油,

渦噴費油,渦扇次之,渦槳再次……

但是省油的同時阻力更大,不適合高速飛行,

所以不同的飛機根據自身的特點會選擇不一樣的發動機,

從而在高速性能和省油之間獲得一個平衡。

以上就是航空發動機是如何分類的,