渦輪噴氣發動機和渦輪風扇發動機有什麼區別?

2021-02-25 武器視界

渦輪噴氣發動機是指靠噴管高速噴出的燃氣產生反作用推力的燃氣渦輪發動機。現代渦輪噴氣發動機的結構由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。渦輪噴氣發動機的基本原理是:空氣經過壓氣機壓縮後進入燃燒室與燃料混合燃燒;膨脹的燃氣進入與壓氣機同軸的渦輪並推動渦輪旋轉,使壓氣機正常工作;從渦輪中流出的燃氣經尾噴管膨脹後,高速向後噴出,產生巨大的反作用力。在不增大核心機的條件下,為了在短時間內增加發動機推力可採用發動機加力措施,戰鬥機上最常用的辦法是在渦輪後安裝加力燃燒室。

微型渦輪噴氣發動機 


渦輪噴氣發動機的性能指標主要有推力、耗油率和推重比。推力和耗油率隨飛行高度、飛行速度和油門位置的變化關係分別稱為高度特性、速度特性和油門特性。渦輪噴氣發動機的發明在航空史上具有極為重要的地位。1930年,英國人弗朗克·惠特爾取得燃氣渦輪發動機的第一個專利。20世紀30年代中後期,惠特爾和德國人歐海因幾乎同時獨立完成渦輪噴氣發動機的發明。隨著航空燃氣渦輪技術的進步,人們在渦輪噴氣發動機的基礎上,又發明了多種噴氣發動機,如根據增壓技術的不同,有衝壓發動機和脈動發動機;根據能量輸出的不同,有渦輪風扇發動機、渦輪螺旋槳發動機、渦輪軸發動機等。

渦輪風扇發動機:


典型的渦扇發動機GE90


渦輪風扇發動機是由噴管排出燃氣和風扇排出空氣共同產生反作用推力的燃氣渦輪發動機,由風扇、壓力機、燃燒室、高壓渦輪和排氣系統組成。它在渦輪噴氣發動機基礎上研製,而渦輪噴氣發動機的缺點是在低速下耗油量大,效率較低,飛機航程變短,增加飛機特別是民用運輸機的飛行成本。發動機效率包括熱效率和推進效率。提高熱效率需要提高燃氣在渦輪前的溫度和壓氣機的增壓比,但在飛機飛行速度不變的情況下,提高渦輪前溫度會使噴氣發動機的排氣速度增加,導致在空氣中損失的動能增加,推進效率降低。這個矛盾致使渦輪噴氣發動機的總效率難以得到較大提升。

渦扇發動機地面維護


渦輪風扇發動機增加了幾級渦輪,由這些渦輪帶動一排或幾排風扇。風扇後的氣流分為兩部分,一部分進入壓氣機(內涵道),另一部分不經過燃燒,直接排到空氣中(外涵道)。由於一部分燃氣能量用來帶動前端風扇,因此降低了排氣速度,提高了推進效率。流經外涵和內涵的空氣流量之比稱作涵道比。涵道比對發動機性能影響較大,涵道比大,耗油率低,但發動機迎風面積大;涵道比小,迎風面積小,但耗油率大。目前航空用渦輪風扇發動機主要有不加力式和加力式(帶有加力燃燒室)。前者主要用於高亞音速運輸機,後者主要用於戰鬥機。

渦輪風扇發動機前面圖


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  • 詳解渦輪風扇噴氣發動機的誕生
    尤其是二戰後快速發展的亞音速民航飛機和大型運輸機,飛行速度要求達到高亞音速即可,耗油量要小,但是因為飛機重量增大了,推力也要增大。綜合起來,新型發動機必須提高效率,而不能單純的提高推力。渦輪噴氣發動機的效率已經無法滿足這種需求,因此一段時期內出現了較多的使用渦輪螺旋槳發動機的大型飛機。實際上早在30年代起,帶有外涵道的噴氣發動機已經出現了一些粗糙的早期設計。
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    多轉子渦輪風扇發動機在渦輪風扇發動機中,有兩個只有氣動聯繫、且具有同心軸轉子的發動機稱作雙轉子渦輪風扇發動機。其工作原理和結構特點與雙轉子渦輪噴氣發動機基本相同。在雙轉子渦輪風扇發動機中,由於風扇後的壓氣機進口空氣壓強為風扇出口的壓強,比大氣壓強高許多,因此稱該壓氣機為高壓壓氣機。在燃燒室後、驅動高壓壓氣機的渦輪則稱為高壓渦輪,由高壓壓氣機轉子與高壓渦輪轉子組成高壓轉子;位於高壓渦輪後、驅動風扇的渦輪稱為低壓渦輪,由風扇轉子與低壓渦輪轉子組成低壓轉子。目前世界上絕大部份渦輪風扇發動機都採用這種結構形式。
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    第三代高性能軍用渦輪風扇發動機20世紀60年代,各國曾在民用渦輪風扇發動機的基礎上,發展了幾種用於戰鬥機的加力式或不帶加力燃燒室的低涵道比渦輪風扇發動機,它們的推重比在5左右。為滿足新型戰鬥機推重比大於1的要求,除在飛機結構上以及各種機載設備上,儘量採用各種新材料、新技術以降低重量外,最為關鍵的是要求戰鬥機有一個小巧而非常強壯的「心臟」—推重比為8一級的加力式渦輪風扇發動機。
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  • 第四代推重比10——級軍用渦輪風扇發動機
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  • 解析超強悍的GENX渦輪風扇發動機結構
    通用電器GEnx(General Electric Next-generation)發動機是一款先進的雙轉子軸流式大涵道渦輪風扇發動機GENX是GE公司為波音787「夢幻」客機研製的高涵道比(10.0)、高總壓比(45.0)、低油耗、低汙染與低噪聲的新一代發動機。為了滿足21世紀「綠色航空」的要求,GENX不僅繼承並發展了GE公司以往成熟發動機特別是GE90發動機的設計技術,吸納了GE90發動機研製與使用的經驗與教訓,而且還採用了最新發展的一些先進技術,因此,不僅性能達到了較高水平,而且研製周期較短。
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