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?
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。
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)
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。
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。
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。
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,