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关于涡扇发动机,你一定不知道的事实,绝大多数推力来自这个部件

2018-10-03  张天友

很多人都知道现代喷气机分四个种类,即涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。涡扇发动机是所有种类里使用最广泛、性能最先进的一种,所有民航客机和绝大多数战机都使用这种发动机。但关于它有很多不为人知的事实,其中最大的一个事实你绝对不知道,就是它的绝大多数推力都来自于风扇而非涡喷核心。

这种发动机的核心是一台普通涡喷机,但在发动机前段旋转轴上安装了一个或多个涡轮,这些涡轮在旋转中和压气涡轮一样,能吸入气体并把它们加速,但和压气机不一样的是,加速的气流直接被喷出,产生推力,不再参与燃烧。

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这种结构的优点是提高了发动机的效率,既能提高涡轮前温度(提高热效率),又能避免排气速度增加(降低效率,缩短发动机寿命),可以理解为把增加的效率加载到风扇上,依靠风扇消耗掉增加的能量,而不至于让轴转速过高,导致缩短寿命。

在这个结构里,风扇被称为外涵道,涡喷核心相应的叫做内涵道,而两个涵道经过的空气流量之比就叫做涵道比。在民航客机的发动机上,涵道比达到了5甚至更多,而它们的推力也达到了20甚至近30吨,远超军用机。在如此巨大的推力里,风扇贡献的推力占总推力的75%,而产生能量的核心推力却远小于前者。

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一些比较了解的军迷可能会提出一个问题:螺旋桨飞机无法超音速的原因是当飞机速度接近音速时,桨叶尖端就已经突破音速,产生了激波严重影响效率,而同样是风扇,为什么涡扇却能突破音速呢?这就涉及到一个冷知识点,就是当飞机超过音速时,发动机吸入的气流流速和其内部流速实际上并不是音速!

现代战机的进气系统经过特殊设计,当来流达到超音速时,进气道内一系列措施会将气体减速到亚音速,被压缩前速度降到200米每秒左右。进入燃烧室时,为了稳定燃烧,流速会进一步降到50米每秒左右,冲出燃烧室时速度约为300米每秒,在喷管的作用下才重新加速到超音速。因此风扇始终在较低速度工作,就能保持最高的效率。

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