很多人都知道現(xiàn)代噴氣機分四個種類,即渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機。渦扇發(fā)動機是所有種類里使用最廣泛、性能最先進的一種,所有民航客機和絕大多數(shù)戰(zhàn)機都使用這種發(fā)動機。但關于它有很多不為人知的事實,其中最大的一個事實你絕對不知道,就是它的絕大多數(shù)推力都來自于風扇而非渦噴核心。
這種發(fā)動機的核心是一臺普通渦噴機,但在發(fā)動機前段旋轉(zhuǎn)軸上安裝了一個或多個渦輪,這些渦輪在旋轉(zhuǎn)中和壓氣渦輪一樣,能吸入氣體并把它們加速,但和壓氣機不一樣的是,加速的氣流直接被噴出,產(chǎn)生推力,不再參與燃燒。
這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是提高了發(fā)動機的效率,既能提高渦輪前溫度(提高熱效率),又能避免排氣速度增加(降低效率,縮短發(fā)動機壽命),可以理解為把增加的效率加載到風扇上,依靠風扇消耗掉增加的能量,而不至于讓軸轉(zhuǎn)速過高,導致縮短壽命。
在這個結(jié)構(gòu)里,風扇被稱為外涵道,渦噴核心相應的叫做內(nèi)涵道,而兩個涵道經(jīng)過的空氣流量之比就叫做涵道比。在民航客機的發(fā)動機上,涵道比達到了5甚至更多,而它們的推力也達到了20甚至近30噸,遠超軍用機。在如此巨大的推力里,風扇貢獻的推力占總推力的75%,而產(chǎn)生能量的核心推力卻遠小于前者。
一些比較了解的軍迷可能會提出一個問題:螺旋槳飛機無法超音速的原因是當飛機速度接近音速時,槳葉尖端就已經(jīng)突破音速,產(chǎn)生了激波嚴重影響效率,而同樣是風扇,為什么渦扇卻能突破音速呢?這就涉及到一個冷知識點,就是當飛機超過音速時,發(fā)動機吸入的氣流流速和其內(nèi)部流速實際上并不是音速!
現(xiàn)代戰(zhàn)機的進氣系統(tǒng)經(jīng)過特殊設計,當來流達到超音速時,進氣道內(nèi)一系列措施會將氣體減速到亞音速,被壓縮前速度降到200米每秒左右。進入燃燒室時,為了穩(wěn)定燃燒,流速會進一步降到50米每秒左右,沖出燃燒室時速度約為300米每秒,在噴管的作用下才重新加速到超音速。因此風扇始終在較低速度工作,就能保持最高的效率。
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