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  • 1 # 魑魅涅槃

    眾所周知現代航空發展已經越來越普及,不管是我們不常見的航空運輸還是大家日常出行更喜歡的航空出行都離不開飛機。但是從飛機的發展來說,光是其使用的航空發動機根據型別不同都分為好幾種,比如大多數客機使用的渦扇發動機、某些運輸機或者小型支線客機使用的渦槳發動機、直升機使用的渦軸發動機等,這些發動機雖然都被歸類為航空發動機,但是其各自的特點、優劣等又有所不同。首先說一下我們更常見的渦扇發動機吧,作為現代客機使用最廣泛的一種航空發動機,使用渦扇發動機最大的優點就是因為渦扇發動機的推力更大,所以在設計起飛重量更大的客機的時候就離不開渦扇發動機的支援。一般來說渦扇發動機的優點主要包括推力大、推進效率高、噪音低、燃油消耗率低等優點,現階段世界上推力最大的渦扇發動機就是GE剛剛為波音-777X客機新設計的GE-9X渦扇發動機了,該發動機是GE在已經平穩執行十幾年的波音-777客機使用的GE-90渦扇發動機基礎上改進而來的,在地面全推力測試中最大推力達到了57.8噸,相比前代GE-90發動機在進氣道和風扇直徑縮小的前提下推力更大、而且在擁有更大的推力的前提下還擁有更高的推進效率以及更高的排放標準。雖然新設計的GE-9X渦扇發動機進氣口直徑相比前代有所縮小,但是推力卻增加了不少。該發動機從外表上最大的特點就是其超大口徑的進氣道,直徑有多大呢?目前國內大多數國內中短程航線使用的客機普遍是波音-737或者空客A320機型,而GE-9X和GE-90兩款渦扇發動機的進氣口直徑比上述兩款客機的機身直徑還大一些。可想而知其推力有多強悍了吧。當然渦扇發動機雖然推力強悍等,但是其缺點也不少,首先就是超大推力的渦扇發動機最大的特點就是其前端的風扇直徑很大,所以不可避免的就存在迎風面積大,所以受限於空氣阻力更大的緣故,大推力的渦扇發動機只適合作為亞音速航空飛行器的動力使用,如果要用到超音速的戰機身上的話,那就只能設計成小涵道比結構了,雖然涵道比更低後發動機的直徑大幅度縮迎風面積更小,可以支援航空器實現超音速飛行,但是所帶來的缺點就是其推力隨涵道比的增減而變化,而且油耗也隨著涵道比的增減而變化。當然不管是客機普遍使用的大涵道比的渦扇發動機還是戰鬥機使用的小涵道比渦扇發動機而言,雖然二者都屬於渦扇發動機結構,但是不管是從設計上還是從製造上來說,所面臨的工作環境不同,不管是設計還是製造難度都極大,所以一直以來全球能夠自研大推力小涵道比的軍用渦扇發動機以及大涵道比的商用渦扇發動機的國家可企業都屈指可數。渦軸發動機就是現代直升機普遍使用的發動機,該發動機其實就是在常見的噴氣發動機排氣口位置增加了動力渦輪,將航空發動機產生的動能轉換為機械能的一種變種發動機。與一般航空發動機一樣,渦軸發動機也有進氣裝置、壓氣機、燃燒室、渦輪及排氣 裝置等五大機件,只不過最後輸出的是經過動力渦輪轉換的軸功率罷了。雖然渦軸發動機並不是最早直升機使用的動力裝置,但是現在已經全面取代早前直升機使用的活塞發動機了。

    渦槳發動機就是像中國的運-9、美國的C-130大力神戰術運輸機使用的前端有螺旋槳的發動機就是渦槳發動機,渦槳發動機簡單可以看作是渦軸發動機的變種,只不過相比渦軸發動機根據設計需求可能會被設計成前置輸出或者後置輸出而言,渦槳發動機普遍都是前置輸出動力的,只不過在某些無人機上將發動機倒置安裝罷了。渦槳發動機相比常見的渦扇發動機而言雖然有著輸出功率小、噪音大、最大飛行速度不高等缺點,但是其優點也不少,首選就是渦槳發動機相比渦扇發動機更為經濟節油,而且低速特性高,比如軍用戰術運輸機像中國的運-9、美國的C-130、歐洲的A400M普遍採用渦槳發動機作為動力系統的核心原因就是因為這幾類運輸機有低空拋投、具備在簡易機場起降的能力,所以這幾點要求就要求運輸機能夠有更低的低速飛行特性,所以這也是大多數戰術運輸機更喜歡使用渦槳發動機的原因所在。雖然簡單來說直升機使用的渦軸發動機和戰術運輸機使用的渦槳發動機結構相似,但是從結構上細緻來看的話還是有些許不同的,比如渦軸的減速器和發動機在結構上是分開的,渦槳則是連在一起的。最後一個就是曾經曇花一現的槳扇發動機了槳扇發動機發展於上世紀80年代全球石油資源匱乏的年代,簡單來說槳扇發動機有些類似沒有外部機閘保護的渦扇發動機,所以也叫開式轉子發動機,其最大的優點就是擁有和渦扇發動機相似的推力和飛行速度的同時,也有著渦槳發動機經濟節油的優勢。但是受限於技術的發展,雖然槳扇發動機曾被認為是未來取代渦扇發動機的最佳動力選擇之一,但是唯一實現裝機試飛的也就只有烏克蘭的安-70運輸機使用的D-27槳扇發動機了。該發動機最大的特點就是其前端有多達6+8片風扇葉片,但是其也因為技術可靠性問題最終導致安-70運輸機下馬。

    總結一下雖然現代航空發動機根據使用環境不同分為好幾種類型,但是從其使用的核心機---燃氣發生器來說卻是大同小異的,只不過根據使用場景不同做了特殊對待罷了,比如客機使用的渦扇發動機可以看做是在燃氣發生器前端增加了能夠提升推力的大直徑渦輪風扇;在燃氣發生器後端增加一組或者多組渦輪葉片,將燃氣產生的熱能轉換為動能,以軸輸出的方式產生的就是直升機使用的渦軸發動機或者運輸機使用的渦槳發動機。當然像最後一種槳扇發動機也離不開燃氣發生器,其也可以看做是一種擁有更多風扇葉片的渦槳發動機或者沒有外殼的渦扇發動機,但是卻有著渦槳發動機的經濟節能和渦扇發動機的高速、大推力等優勢。

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