效率奇高的漿扇發動機為何只有一種飛機在用?

航空發動機分很多種 , 其中有一種 , 叫做漿扇發動機 , 它的耗油率很低 , 但是世界上目前只有一種運輸機在用 , 這是為什么呢?其原理又是什么?

什么是核心機?
要想了解槳扇發動機的原理 , 我們得從“核心機”開始 , 雖然航空發動機種類很多 , 但是它們基本上都是由核心機演變而來的 。

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上圖是“渦輪噴氣發動機” , 簡稱“渦噴發動機” 。 可以看到 , 它主要由5部分組成 , 其中 , 壓氣機、燃燒室和渦輪機是技術含量最高 , 同時也是最關鍵的3個部分 。 所以 , 人們又把“壓氣機、燃燒室和渦輪機”稱為核心機 。
把核心機做不同的改裝 , 就成了不同種類的航空發動機 。 現在 , 我們就來“改裝”一下 。
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上圖是“渦輪風扇發動機”的簡單示意圖 , 簡稱“渦扇發動機” 。 可以看到 , 它是在核心機的基礎上 , 也就是在壓氣機的前面加了一個大風扇得來的 。
從圖上可知 , 渦扇發動機有兩個空氣通道 , 這就涉及到了涵道的概念 。 軍迷們對涵道比較了解 , 但大部分人還是不清楚 , 咱們就簡單說說涵道 , 以及涵道比 。
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渦扇發動機的兩個空氣通道分別為中間的一個 , 噴出來的主要是高溫燃氣 , 而外面一圈的為第二個空氣通道 。 噴出來的是溫度相對較低的氣流 。
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因此 , 如上圖 , 里面的稱為內涵道 , 外面的稱為外涵道 。 而涵道比 , 就很容易理解了 , 它是外涵道與內涵道空氣流量的比值 。
通常有這樣的規律 , 涵道比越大越省油 , 經濟性就越好 , 高涵道比的發動機在低于音速(亞音速)時有非常好的能效 , 通常用于客機、運輸機等 。
既然涵道比越大越省油 , 那么我們很容易想到一個好辦法 , 那就是把前面的風扇再繼續做大一些 , 像下面這種:
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上圖是把核心機的軸延伸出來 , 外加一個變速齒輪 , 然后接上一個更大的風扇 , 于是 , 它成了“渦輪螺旋槳發動機” , 簡稱“渦槳發動機” 。 比如下圖的“C-130”大力神運輸機 , 就是使用渦槳發動機 。
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還有我國的“運-8”運輸機也是采用渦槳發動機 。
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以及俄羅斯的戰略轟炸機“圖-95” , 同樣也是采用渦槳發動機 , 等等 。
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雖然 , 渦槳發動機的燃油效率通常要高于渦輪風扇發動機 , 但是 , 使用渦槳發動機的飛機速度跟使用渦輪風扇發動機的飛機比起來 , 要低 。 原因有兩點:
一是 , 渦槳發動機風扇的葉片比較大 , 這帶來的后果是 , 轉速不能太快 。 這不難理解 , 相同轉速下 , 葉片越長 , 葉尖的速度就越大 。 如果不限制轉速 , 當渦槳發動機的葉片接近音速時 , 就會導致音障的發生 , 產生的激波降低了發動機的效率 。 也正因此 , 絕大部分渦槳飛機的最佳速度通常在700千米每小時 , 但一些發動機設計新穎的飛機除外 , 比如俄羅斯的Tu-95和Tu-142重型飛機 。 可以接近音速飛行 , 大約926千米每小時 。

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