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標(biāo) 題：飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)原理渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
日期：2007/6/5 源自:中華職工學(xué)習(xí)網(wǎng)	【字體：】

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生二戰(zhàn)以前，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳的組合已經(jīng)取得了極大的成就，使得人類獲得了挑戰(zhàn)天空的能力。但到了三十年代末，航空技術(shù)的發(fā)展使得這一組合達(dá)到了極限。螺旋槳在飛行速度達(dá)到800千米/小時(shí)的時(shí)候，槳尖部分實(shí)際上已接近了音速，跨音速流場(chǎng)使得螺旋槳的效率急劇下降，推力不增反減。螺旋槳的迎風(fēng)面積大，阻力也大，極大阻礙了飛行速度的提高。同時(shí)隨著飛行高度提高，大氣稀薄，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也會(huì)減小。這促生了全新的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)體系。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)吸入大量的空氣，燃燒后高速噴出，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生反作用力，推動(dòng)飛機(jī)向前飛行。早在1913年，法國(guó)工程師雷恩·洛蘭就提出了沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，并獲得專利。但當(dāng)時(shí)沒(méi)有相應(yīng)的助推手段和相應(yīng)材料，噴氣推進(jìn)只是一個(gè)空想。1930年，英國(guó)人弗蘭克·惠特爾獲得了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)專利，這是第一個(gè)具有實(shí)用性的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。11年后他設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)首次飛行，從而成為了渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的鼻祖。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的原理渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，通常由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。部分軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)屬于熱機(jī)，做功原則同樣為：高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)首先從進(jìn)氣道吸入空氣。這一過(guò)程并不是簡(jiǎn)單的開個(gè)進(jìn)氣道即可，由于飛行速度是變化的，而壓氣機(jī)對(duì)進(jìn)氣速度有嚴(yán)格要求，因而進(jìn)氣道必需可以將進(jìn)氣速度控制在合適的范圍。壓氣機(jī)顧名思義，用于提高吸入的空氣的的壓力。壓氣機(jī)主要為扇葉形式，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)氣流做功，使氣流的壓力、溫度升高。隨后高壓氣流進(jìn)入燃燒室。燃燒室的燃油噴嘴射出油料，與空氣混合后點(diǎn)火，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)猓蚝笈懦觥?nbsp; 高溫高壓燃?xì)庀蚝罅鬟^(guò)高溫渦輪，部分內(nèi)能在渦輪中膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。由于高溫渦輪同壓氣機(jī)裝在同一條軸上，因此也驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而反復(fù)的壓縮吸入的空氣。從高溫渦輪中流出的高溫高壓燃?xì)猓谖矅姽苤欣^續(xù)膨脹，以高速?gòu)奈膊繃娍谙蚝笈懦觥＿@一速度比氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的速度大得多，從而產(chǎn)生了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的反作用推力，驅(qū)使飛機(jī)向前飛行。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 這類發(fā)動(dòng)機(jī)具有加速快、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是較早實(shí)用化的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)類型。但如果要讓渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)提高推力，則必須增加燃?xì)庠跍u輪前的溫度和增壓比，這將會(huì)使排氣速度增加而損失更多動(dòng)能，于是產(chǎn)生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)油耗大，對(duì)于商業(yè)民航機(jī)來(lái)說(shuō)是個(gè)致命弱點(diǎn)。

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)原理——渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生二戰(zhàn)后，隨著時(shí)間推移、技術(shù)更新，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)顯得不足以滿足新型飛機(jī)的動(dòng)力需求。尤其是二戰(zhàn)后快速發(fā)展的亞音速民航飛機(jī)和大型運(yùn)輸機(jī)，飛行速度要求達(dá)到高亞音速即可，耗油量要小，因此發(fā)動(dòng)機(jī)效率要很高。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率已經(jīng)無(wú)法滿足這種需求，使得上述機(jī)種的航程縮短。因此一段時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)了較多的使用渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的大型飛機(jī)。實(shí)際上早在30年代起，帶有外涵道的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)了一些粗糙的早期設(shè)計(jì)。40和50年代，早期渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)開始了試驗(yàn)。但由于對(duì)風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)制造的要求非常高。因此直到60年代，人們才得以制造出符合渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)要求的風(fēng)扇葉片，從而揭開了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)用化的階段。 50年代，美國(guó)的NACA(即NASA 美國(guó)航空航天管理局的前身)對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了非常重要的科研工作。55到56年研究成果轉(zhuǎn)由通用電氣公司(GE)繼續(xù)深入發(fā)展。GE在1957年成功推出了CJ805-23型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，立即打破了超音速噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的大量紀(jì)錄。但最早的實(shí)用化的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)則是普拉特·惠特尼(Pratt & Whitney)公司的JT3D渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)際上普·惠公司啟動(dòng)渦扇研制項(xiàng)目要比GE晚，他們是在探聽到GE在研制CJ805的機(jī)密后，匆忙加緊工作，搶先推出了了實(shí)用的JT3D。 1960年，羅爾斯·羅伊斯公司的“康威”(Conway)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)開始被波音707大型遠(yuǎn)程噴氣客機(jī)采用，成為第一種被民航客機(jī)使用的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。60年代洛克西德“三星”客機(jī)和波音747“珍寶”客機(jī)采用了羅·羅公司的RB211-22B大型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，標(biāo)志著渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的全面成熟。此后渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)迅速的被西方民用航空工業(yè)拋棄。不加力式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上較為容易辨認(rèn)，其外部有一直徑很大的風(fēng)扇外殼渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的原理渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的推力有限，同時(shí)影響飛機(jī)提高飛行速度。因此必需提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。發(fā)動(dòng)機(jī)的效率包括熱效率和推進(jìn)效率兩個(gè)部分。提高燃?xì)庠跍u輪前的溫度和壓氣機(jī)的增壓比，就可以提高熱效率。因?yàn)楦邷亍⒏呙芏鹊臍怏w包含的能量要大。但是，在飛行速度不變的條件下，提高渦輪前溫度，自然會(huì)使排氣速度加大。而流速快的氣體在排出時(shí)動(dòng)能損失大。因此，片面的加大熱功率，即加大渦輪前溫度，會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)效率的下降。要全面提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，必需解決熱效率和推進(jìn)效率這一對(duì)矛盾。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的妙處，就在于既提高渦輪前溫度，又不增加排氣速度。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上就是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的前方再增加了幾級(jí)渦輪，這些渦輪帶動(dòng)一定數(shù)量的風(fēng)扇。風(fēng)扇吸入的氣流一部分如普通噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，送進(jìn)壓氣機(jī)(術(shù)語(yǔ)稱“內(nèi)涵道”)，另一部分則直接從渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)殼外圍向外排出(“外涵道”)。因此，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)饽芰勘环峙傻搅孙L(fēng)扇和燃燒室分別產(chǎn)生的兩種排氣氣流上。這時(shí)，為提高熱效率而提高渦輪前溫度，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)臏u輪結(jié)構(gòu)和增大風(fēng)扇直徑，使更多的燃?xì)饽芰拷?jīng)風(fēng)扇傳遞到外涵道，從而避免大幅增加排氣速度。這樣，熱效率和推進(jìn)效率取得了平衡，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率得到極大提高。效率高就意味著油耗低，飛機(jī)航程變得更遠(yuǎn)。加力式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) 不加力式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 如前所述，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)效率高，油耗低，飛機(jī)的航程就遠(yuǎn)。但渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)復(fù)雜，尤其是如何將風(fēng)扇吸入的氣流正確的分配給外涵道和內(nèi)涵道，是極大的技術(shù)難題。因此只有少數(shù)國(guó)家能研制出渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，中國(guó)至今未有批量實(shí)用化的國(guó)產(chǎn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格相對(duì)高昂，不適于要求價(jià)格低廉的航空器使用。

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