快好知 kuaihz

一讲你就懂:航空发动机是怎么分类的?

要说航空发动机的名字可真是折磨人,

什么涡喷、涡扇、涡桨、涡轴……

好多博主都试图讲清楚这些发动机的区别,

放出了数不清的图,说了数不清的话,

结果大家还是听得云里雾里,一脸问号。

没办法,可能他们自己也搞不清楚,只能人云亦云了。

那么到底这些发动机有什么区别?

看我航小北几段话就讲清楚航空发动机分类。

为什么航空发动机是“涡”字辈?

大家首先看到的是航空发动机都是“涡”字辈,

涡喷、涡扇、涡桨、涡轴……

是不是这样?

那么为什么都带个“涡”字?

敲黑板,重点来了!

这个“涡”指的是“涡轮”。

汽车里也有“涡轮增压”,

有涡轮增压的汽车会更贵一些,

那么这个涡轮为什么这么重要?

因为涡轮是发动机动力的来源。

简单说,涡轮就是这么一个东西:

高温高压气体推着一个盘子转动。

风吹动风车,风车转

形象一点儿:就是用高温高压气体推动转起来的风车,

风吹动风车带动磨盘转动可以磨面粉;

高温高压燃气推动涡轮转动就可以驱动整个发动机了。

高温燃气吹动涡轮,涡轮转(这个动图转反了)

而正是因为涡轮是现代航空发动机动力的来源,

所以现代航空发动机都带个“涡”字。

动力怎么来的知道了,那么动力是怎么没的?

我不想知道我是怎么来的,

我就想知道我是怎么没的。

动力是从涡轮来,那么这些动力又到哪儿去了?

重点来了!敲黑板!

这些动力都驱动空气向后运动了。

这个道理很简单,

你驱动空气往后运动,

你就获得了一个往前运动的力。

想要明白航空发动机为什么能有向前的力,

只要知道上面这两句话就行了。

但是,怎么驱动空气运动呢?

又该驱动多少空气向后运动呢?

于是问题就来了,

这就需要八仙过海、各显神通。

这也是为什么都是“涡”字辈的,

但是“涡”后面的那个字却不一样。

(涡轮还有其他作用,但我们今天只讲主要矛盾)

从游泳说到航空发动机

游泳大家都游过,

但是游泳跟航空发动机有什么关系呢?

我想问,大家有没有一种在水里游泳“使不上劲”的感觉?

简单说,你拿手拼命划拉水,但是水都从指缝之间溜走了,

所以才会觉得使不上劲。

那么怎么办呢?

很简单,用脚蹼

穿上脚蹼游泳更“得劲”

穿上之后立马游泳速度唰唰地。

这是为什么呢?

原因是这样的:

你拍打四肢,

把水往后推,获得一个向前的力,

如果你穿上脚蹼脚蹼大,可以带动更多的水,

因为你能把更多的水往后推,所以会获得更大的向前的力,

航空发动机也是一样,

涡轮驱动发动机转动,

发动机转动把空气往后推,

只有把更多的空气往后推,航空发动机才更容易向前进。

你穿上脚蹼之后游泳更省力;

航空发动机穿上“脚蹼”之后飞行更省油。

所以游泳和航空发动机的原理有相通的地方。

航空发动机也要穿脚蹼,而且穿的脚蹼越大,越省油。

有的发动机不戴脚蹼

就是小胳膊瞎划拉,

好好的燃气都直接喷出去了,

所以费油的不行,

我们叫这种发动机“涡喷发动机

命名规则:涡轮+喷气->涡喷。

有的发动机穿上了小脚蹼——“风扇”,

就跟我们平时用的电风扇差不多的东西,

航空发动机上的“风扇”

发动机的分解图,蓝色部分展示的是涡轮驱动风扇转

涡轮跟风扇连在一起,燃气吹动涡轮带着风扇转动。

风扇不大,搅动的空气不多,所以一般省油,

我们叫涡轮带动风扇转动的发动机“涡扇发动机”,

命名规则:涡轮+风扇->涡扇。

中等大小的脚蹼是“桨叶”,

就像是风车一样,但是直径更大,

航空发动机上的“桨叶”

直径大,搅动的空气更多,所以更省油一些,

我们叫涡轮带动桨叶的发动机“涡桨发动机”,

命名规则:涡轮+桨叶->涡桨。

更大的脚蹼是“螺旋桨”,

发动机上的“螺旋桨”

直径更大了,甚至于涡轮已经“带不动”这个大家伙,

所以得要带上一个庞大的变速箱,

发动机通过传动轴连着齿轮变速箱

把涡轮的动力通过一根轴传到螺旋桨上去,

也就是说涡轮直接带动的不是螺旋桨,而是传动轴,

所以我们把涡轮带动传动轴的发动机叫做“涡轴发动机”,

命名规则:涡轮+传动轴->涡轴。

看见没有,从涡喷到涡扇到涡桨到涡轴,

脚蹼”越来越大,

发动机越来越省油、推力越来越强。

那么有些人问了:我们经常说的涵道比是什么?

什么是“小涵道比涡扇发动机”和“大涵道比涡扇发动机”呢?

敲黑板,重点又来了!

其实涵道比就是指的你额外搅动的空气的比例,

比例越大,就代表额外搅动的空气越多,

刚刚我们说的“脚蹼更大”只是一个形象的说法,

这里的“涵道比”才是更加专业的说法。

涡喷发动机涵道比最小,涡扇高一点儿,涡桨更高……

下面这张图就是不同涵道比发动机的耗油率,

可以看到,涵道比越高代表“脚蹼”越大,

涡轮驱动下发动机额外搅动的空气越多,

最终的结果就是发动机更省油,

从左到右的发动机脚蹼”越来越大,也越来越省油

而且我们也看清楚了航空发动机的命名规则,

两个字分别代表的“动力怎么来的”和“动力怎么没的”,

安排的明明白白。

但是,发动机的“脚蹼”不是越大越好

确实,脚蹼越大,航空发动机推力越大越省油,

但是,重点来了,敲黑板

脚蹼”大不是只有好处没有坏处,

最大的坏处就是:阻力大。

你就想,飞机发动机前面有那么大的风扇,

这得是多大的阻力?

所以不是所有的飞机都用“大脚蹼”的发动机

比如说,有些追求高速性能的战斗机,

就得用涵道比更小的发动机

费点儿油也认了,速度才是第一位。

F-22和小涵道比涡扇发动机发动机

但是,客机和运输机就对速度没有那么多要求了,

飞的慢一点儿也没关系,

所以可以用大涵道比的航空发动机

特别是像军用运输机,

这种飞机不会飞很快,也不限制噪音,

所以很多都会用涡桨发动机

因为涡桨发动机最省油。

C-130军用运输机和涡桨发动机

总之,不同类型的发动机有不同的特点,

优点和缺点都很明确,

不同种类的飞机根据自己的需求选择发动机

总结

不同类型的发动机

是根据“动力是怎么来的”和“动力是怎么没的”,

这两个问题来命名的。

动力都是涡轮产生的,

但是不同发动机消耗动力的方式不一样,

所以才有了不一样的发动机名字。

涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机……

这些名字不是随便叫出来的。

发动机涵道比越大越省油,

涡喷费油,涡扇次之,涡桨再次……

但是省油的同时阻力更大,不适合高速飞行,

所以不同的飞机根据自身的特点会选择不一样的发动机

从而在高速性能和省油之间获得一个平衡。

以上就是航空发动机是如何分类的,

我讲明白了吗?

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