航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要有兩種，一種是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，一種是鍋扇發(fā)動(dòng)機(jī)。在這里主要介紹大家關(guān)心的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。
渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)分支，從血緣關(guān)系上來(lái)說(shuō)，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的變種。從結(jié)構(gòu)上看，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)之前加裝了風(fēng)扇。這幾葉風(fēng)扇卻把渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)與渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)格的區(qū)分開(kāi)來(lái)。正是這幾葉風(fēng)扇，讓渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。
研制渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，首先是要確定它的總體結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單的講，主要是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子數(shù)目多少。目前渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的總體結(jié)構(gòu)無(wú)非是三種，一是單轉(zhuǎn)子、二是雙轉(zhuǎn)子、三是三轉(zhuǎn)子。其中單轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)只有一根軸，風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪全都在這一根軸上。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單盡管研制難度低，省錢！但要付出性能差的代價(jià)。
從理論上講：?jiǎn)无D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)，可以作成任意多的級(jí)數(shù)，以期達(dá)到一定的增壓比?？墒怯捎趩无D(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)限制，使其風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、低壓渦輪、高壓渦輪必須都安裝在同一根主軸之上，在工作時(shí)，它們就必須要保持相同的轉(zhuǎn)速，問(wèn)題也跟著出來(lái)了。當(dāng)單轉(zhuǎn)子的發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，如果其轉(zhuǎn)速突然下降時(shí)，壓氣機(jī)的高壓部分，就會(huì)因?yàn)榈貌坏阶銐虻霓D(zhuǎn)速，而效率嚴(yán)重下降；在高壓部分的效率下降的同時(shí)，壓氣機(jī)低壓部分的載荷就會(huì)急劇上升，當(dāng)?shù)蛪簤簹鈾C(jī)部分超載運(yùn)行時(shí)，就會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的振喘。在正常的飛行中，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生振喘是決對(duì)不允許的。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生振喘，會(huì)嚴(yán)重危及飛機(jī)的安全。為了解決低壓部分在工作中的過(guò)載，只好在壓氣機(jī)前加裝導(dǎo)流葉片和在壓氣機(jī)的中間級(jí)上進(jìn)行放氣，即放掉一部分以經(jīng)被增壓的空氣來(lái)減少壓氣機(jī)低壓部分的載荷。但這樣一來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率就會(huì)大打折扣，而且這種放掉增壓氣的作法在高增壓比的壓氣機(jī)上的作用也不是十分的明顯。更要命的問(wèn)題發(fā)生在風(fēng)扇上，由于風(fēng)扇必須和壓氣機(jī)同步，受壓氣機(jī)的高轉(zhuǎn)數(shù)所限，單轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)只能選用比較小的函道比。
為了提高壓氣機(jī)的工作效率和減少發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中的振喘，人們想到了用雙轉(zhuǎn)子來(lái)解決問(wèn)題，即讓發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)工作在不同的轉(zhuǎn)速之下。這樣低壓壓氣機(jī)與低壓渦輪聯(lián)動(dòng)形成了低壓轉(zhuǎn)子，高壓壓氣機(jī)與高壓渦輪聯(lián)動(dòng)形成了高壓轉(zhuǎn)子。低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可以相對(duì)低一些。因?yàn)閴嚎s作用，在壓氣機(jī)內(nèi)的空氣溫度升高，其作用力隨著空氣溫度的升高而增大。高壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可以設(shè)計(jì)的相對(duì)高一些，轉(zhuǎn)速提高了，其高壓轉(zhuǎn)子的直徑就可以做得小一些，這樣在雙轉(zhuǎn)子的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上就形成了一個(gè)“蜂腰”，而發(fā)動(dòng)機(jī)的一些附屬設(shè)備比如燃油調(diào)節(jié)器、起動(dòng)裝置等等就可以裝在這個(gè)“蜂腰”的位置上，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)面積降低飛行阻力。一般來(lái)說(shuō)雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的的高壓轉(zhuǎn)子的重量比較輕，起動(dòng)慣性小，所以人們?cè)谠O(shè)計(jì)雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候都只把高壓轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成用啟動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，這樣和單轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)相比雙轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)也比較容易，啟動(dòng)的能量也要求較小，啟動(dòng)設(shè)備的重量也就相對(duì)降低。
然而雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)也并不是完美的。在雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上，由于風(fēng)扇要和低壓壓氣機(jī)聯(lián)動(dòng)，風(fēng)扇和低壓壓氣機(jī)就必須要互相將就一下對(duì)方。風(fēng)扇為將就壓氣機(jī)而必需提高轉(zhuǎn)數(shù)，這樣直徑相對(duì)比較大的風(fēng)扇所承受的離心力和葉尖速度也就要大，巨大的離心力就要求風(fēng)扇的重量不能太大，在風(fēng)扇的重量不能太大的情況下風(fēng)扇的葉片長(zhǎng)度也就不能太長(zhǎng)，風(fēng)扇的直徑小下來(lái)了，函道比自然也上不去，而實(shí)踐證明函道比越高的發(fā)動(dòng)機(jī)推力也就越大，而且也相對(duì)省油。而低壓壓氣機(jī)為了將就風(fēng)扇也不得不降低轉(zhuǎn)數(shù)，降低了壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)壓氣機(jī)的工作效率自然也就上不去，單級(jí)增壓比降低的后果是不得不增加壓氣機(jī)風(fēng)扇的級(jí)數(shù)來(lái)保持一定的總增壓比。這樣壓氣機(jī)的重量就很難得以下降。
為了解壓氣機(jī)和風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù)上的矛盾。人們很自然的想到了三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所謂三轉(zhuǎn)子就是在二轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)上又了多了一級(jí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子。這樣風(fēng)扇、高壓壓氣機(jī)和低壓壓氣機(jī)都自成一個(gè)轉(zhuǎn)子，各自都有各自的轉(zhuǎn)速。三個(gè)轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有相對(duì)固定的機(jī)械聯(lián)接。如此一來(lái)，風(fēng)扇和低壓轉(zhuǎn)子就不用相互的將就行事，而是可以各自在最為合試的轉(zhuǎn)速上運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)師們就可以相對(duì)自由的來(lái)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇直徑以及函道比。而低壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速也可以不受風(fēng)扇的肘制，低壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速提高之后壓氣的的效率提高、級(jí)數(shù)減少、重量減輕，發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度又可以進(jìn)一步縮小。
但和雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)相比，三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變的復(fù)雜。三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)有三個(gè)相互套在一起的共軸轉(zhuǎn)子，因而所需要的軸承支點(diǎn)幾乎比雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)多了一倍，而且支撐結(jié)構(gòu)也更加的復(fù)雜，軸承的潤(rùn)滑和壓氣機(jī)之間的密閉也更困難。三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)比雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)多了很多工程上的難題，可是英國(guó)的羅·羅公司還是對(duì)他情有獨(dú)鐘，因?yàn)樵诒砻娴睦щy背后還有著巨大的好處，羅羅公司的RB-211上用的就是三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子數(shù)量上的增加換來(lái)了風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪的簡(jiǎn)化。
三轉(zhuǎn)子RB-211與同一技術(shù)時(shí)期推力同級(jí)的雙轉(zhuǎn)子的JT-9D相比：JT-9D的風(fēng)扇頁(yè)片有46片，而RB-211只有33片；壓氣機(jī)、渦輪的總級(jí)數(shù)JT-9D有22級(jí)，而RB-211只有19級(jí)；壓氣機(jī)葉片JT-9D有1486片，RB-211只有826片；渦輪轉(zhuǎn)子葉片RB211也要比JT9D少，前者是522片，而后者多達(dá)708片；但從支撐軸承上看，RB-211有八個(gè)軸承支撐點(diǎn)，而JT9D只有四個(gè)。
渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外函推力完全來(lái)自于風(fēng)扇所產(chǎn)生的推力，風(fēng)扇的的好壞直接的影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，這一點(diǎn)在高函道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上由是。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇發(fā)展也經(jīng)歷了幾個(gè)過(guò)程。在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之初，由于受內(nèi)函核心機(jī)功率和風(fēng)扇材料的機(jī)械強(qiáng)度的限制，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的函道比不可能作的很大，比如在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的三鼻祖中，其函道比最大的CJ805-23也不過(guò)只有1.5而以，而且CJ805-23所采用的風(fēng)扇還是后獨(dú)一無(wú)二的后風(fēng)扇。
在前風(fēng)扇設(shè)計(jì)的二款發(fā)動(dòng)機(jī)中JT3D的函道比大一些達(dá)到了1.37。達(dá)到如此的函道比，其空氣總流量比也比其原型J-57的空氣流量大了271%?？諝饬髁康募哟蟀l(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)面積也隨之變大。風(fēng)扇的葉片也要作的很長(zhǎng)。JT3D的一級(jí)風(fēng)扇的葉片長(zhǎng)度為418.2毫米。而J57上的最長(zhǎng)的壓氣機(jī)葉片也就大約有二百毫米左右。當(dāng)風(fēng)扇葉片變的細(xì)長(zhǎng)之后，其彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力加大，在工作中振動(dòng)的問(wèn)題也突現(xiàn)了出來(lái)。為了解決細(xì)長(zhǎng)的風(fēng)扇葉片所帶來(lái)的麻煩，普惠公司采用了阻尼凸臺(tái)的方法來(lái)減少風(fēng)扇葉片所帶來(lái)的振動(dòng)。凸臺(tái)位于距風(fēng)扇葉片根處大約百分之六十五的地方。JT3D發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇部分裝配完成之后，其風(fēng)扇葉上的凸臺(tái)就會(huì)在葉片上連成一個(gè)環(huán)形的箍。當(dāng)風(fēng)扇葉片運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，凸臺(tái)與凸臺(tái)之間就會(huì)產(chǎn)生摩擦阻尼以減少葉片的振動(dòng)。加裝阻尼凸臺(tái)之后其減振效果是明顯的，但其阻尼凸臺(tái)的缺點(diǎn)也是明顯的。首先他增加了葉片的重量，其次他降底了風(fēng)扇葉片的效率。而且如果設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)脑挳?dāng)空氣高速的流過(guò)這個(gè)凸臺(tái)時(shí)會(huì)發(fā)生畸變，氣流的畸變會(huì)引發(fā)葉片產(chǎn)生更大的振動(dòng)。而且如果采用這種方法由于葉片的質(zhì)量變大，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)扇本身會(huì)產(chǎn)生更大的離心力。這樣的風(fēng)扇葉片很難作的更長(zhǎng)，沒(méi)有更長(zhǎng)的葉片也就不會(huì)有更高的函道比。而且細(xì)長(zhǎng)的風(fēng)扇葉片的機(jī)械強(qiáng)度也很低，在飛機(jī)起飛著陸過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)一但吸入了外來(lái)物，比如飛鳥之類，風(fēng)扇的葉片會(huì)更容易被損壞，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中折斷的風(fēng)扇葉片會(huì)像子彈一樣打穿外函機(jī)匣釀成大禍。解決風(fēng)扇難題一個(gè)比較完美的辦法是加大風(fēng)扇葉片的寬度和厚度。這樣葉片就可以獲得更大的強(qiáng)度以減少振動(dòng)和外來(lái)物打擊的損害，而且如果振動(dòng)被減少到一定程度的話阻尼凸臺(tái)也可以取消。但更厚重的扇葉其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的離心力也將是巨大的。這樣就必需要加強(qiáng)扇葉和根部和安裝扇葉的輪盤。但航空發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)不起這樣的重量代價(jià)。風(fēng)扇葉片的難題大大的限制了渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。
更高的轉(zhuǎn)數(shù)、高大的機(jī)械強(qiáng)度、更長(zhǎng)的葉片、更輕的重量這樣的一個(gè)多難的問(wèn)題最終在八十年代初得到了解決。
1984年10月，RB211-535E4掛在波音七五七的翼下投入了使用。它是一臺(tái)有著跨時(shí)代意義的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。讓它身負(fù)如此之名的就是他的風(fēng)扇。羅·羅公司用了創(chuàng)造性的方法解決了困擾大函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的多難問(wèn)題。新型發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片叫作“寬弦無(wú)凸肩空心夾層結(jié)構(gòu)葉片”。故名思意，新型風(fēng)扇的葉片采用了寬弦的形狀來(lái)加大機(jī)械強(qiáng)度和空心結(jié)構(gòu)以減少重量。新型的空心葉片分成三個(gè)部分：葉盆、葉背、和葉芯。它的葉盆和葉背分別是由兩塊鈦合金薄板制成，在兩塊薄板之間是同樣用鈦合金作成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的“芯”。通過(guò)活性擴(kuò)散焊接的方法將葉盆、葉背、葉芯連成一體。新葉片以極輕的重量獲得了極大的強(qiáng)度。這樣的一塊鈦合金三明治一下子解決了困擾航空動(dòng)力工業(yè)幾十年的大難題。
新型風(fēng)扇不光是重量輕、強(qiáng)度大，而且因?yàn)樗∠藗鹘y(tǒng)細(xì)長(zhǎng)葉片上的阻尼凸臺(tái)他的工作效率也要更高一些。風(fēng)扇扇葉的數(shù)量也減少了將近三分之一，RB211-535E4發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇扇葉只有二十四片。
1991年7月15日新型寬弦葉片經(jīng)受了一次重大的考驗(yàn)。印度航空公司的一架A320在起飛階段其裝備了寬弦葉片的V-2500渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)吸入了一只5.44千克重的印度禿鷲！巨鳥以差不多三百公里的時(shí)速迎頭撞到了發(fā)動(dòng)機(jī)的最前端部件--風(fēng)扇上！可是發(fā)動(dòng)機(jī)在遭到如此重創(chuàng)之后仍在正常工作，飛機(jī)安全的降落了。在降落之后，人們發(fā)現(xiàn)V-2500的22片寬弦風(fēng)扇中只有6片被巨大的沖擊力打變了形，沒(méi)有一片葉片發(fā)生折斷。發(fā)動(dòng)機(jī)只在外場(chǎng)進(jìn)行了更換葉片之后就又重新投入了使用。這次意外的撞擊證明了“寬弦無(wú)凸肩空心夾層結(jié)構(gòu)葉片”的巨大成功。
解決寬弦風(fēng)扇的問(wèn)題并不是只有空心結(jié)構(gòu)這一招。實(shí)際上，當(dāng)風(fēng)扇的直徑進(jìn)一步加大時(shí)，空心結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇扇葉也會(huì)超重。比如在波音777上使用的GE-90渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其風(fēng)扇的直徑高達(dá)3.142米。即使是空心蜂窩結(jié)構(gòu)的鈦合金葉片也會(huì)力不從心。于是通用動(dòng)力公司便使用先進(jìn)的增強(qiáng)環(huán)氧樹脂碳纖維復(fù)合材料來(lái)制造巨型的風(fēng)扇扇葉。碳纖維復(fù)合材料所制成的風(fēng)扇扇葉結(jié)構(gòu)重量極輕，而強(qiáng)度卻是極大。可是在當(dāng)復(fù)合材料制成的風(fēng)扇在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)遭到特大鳥的撞擊會(huì)發(fā)生脫層現(xiàn)像。為了進(jìn)一步的增大GE-90的安全系數(shù)，通用動(dòng)力公司又在風(fēng)扇的前緣上包覆了一層鈦合金的蒙皮，在其后緣上又用“凱夫拉”進(jìn)行縫合加固。如此以來(lái)GE-90的風(fēng)扇可謂萬(wàn)無(wú)一失。
當(dāng)高函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇從傳統(tǒng)的細(xì)長(zhǎng)窄弦葉片向?qū)捪胰~片過(guò)渡的時(shí)候，風(fēng)扇的級(jí)數(shù)也經(jīng)歷了一場(chǎng)從多級(jí)風(fēng)扇到單級(jí)風(fēng)扇的過(guò)渡。在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)誕生之初，由于風(fēng)扇的單級(jí)增壓比比較低只能采用多級(jí)串聯(lián)的方式來(lái)提高風(fēng)扇的總增壓比。比如JT3D的風(fēng)扇就為兩級(jí)，其平均單級(jí)增壓比為1.32，通過(guò)兩級(jí)串聯(lián)其風(fēng)扇總增壓比達(dá)到了1.74。多級(jí)風(fēng)扇與單級(jí)風(fēng)扇相比幾乎沒(méi)有優(yōu)點(diǎn)，它重量大、效率低，其實(shí)它是在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的技主還不十分成熟的時(shí)候一種無(wú)耐的選擇。隨著風(fēng)扇單級(jí)增壓比的一步步提高，現(xiàn)如今在中、高函道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上單級(jí)風(fēng)扇以是一統(tǒng)天下。比如在GE-90上使用的單級(jí)風(fēng)扇其增壓比高達(dá)1.65，如此之高的單級(jí)增壓比以經(jīng)再?zèng)]有必要來(lái)串接第二級(jí)風(fēng)扇。
但是在戰(zhàn)斗機(jī)上使用的低函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)還在使用著多級(jí)風(fēng)級(jí)的結(jié)構(gòu)。比如在F-15A上使用的F100-PW-100渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)就是由三級(jí)構(gòu)成，其總增壓比達(dá)到了2.95。低函道渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)取如此高的風(fēng)扇增壓比其實(shí)是風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)合二為一結(jié)果。在戰(zhàn)斗機(jī)上使用的低函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為了減少重量它的雙轉(zhuǎn)子其實(shí)是由風(fēng)扇轉(zhuǎn)子和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子組成的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。受戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)內(nèi)容積所限，采用大空氣流量的高函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是不現(xiàn)實(shí)的，但為了提高推力只能提發(fā)動(dòng)機(jī)的出口壓力，再者風(fēng)扇不光要提供全部的外函推力而且還要部分的承擔(dān)壓氣機(jī)的任務(wù)，所以風(fēng)扇只能采用比較高的增壓比。
其實(shí)低函道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)彩用多級(jí)風(fēng)扇也是一種無(wú)耐之舉，如果風(fēng)扇的單級(jí)增壓比能達(dá)到3左右多級(jí)風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)就將不會(huì)再出現(xiàn)。如果想要風(fēng)扇的單級(jí)增壓比達(dá)到3一級(jí)只能是進(jìn)一步提高風(fēng)扇的的轉(zhuǎn)速并在風(fēng)扇的葉型上作文章，風(fēng)扇的葉片除了要使用寬弦葉片之外葉片還要帶有一定的后掠角度以克服風(fēng)扇在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的激波，只有這樣3一級(jí)的單級(jí)風(fēng)扇增壓比才可能會(huì)實(shí)現(xiàn)。相現(xiàn)這一點(diǎn)人們將會(huì)在二十年之內(nèi)作到。
壓氣機(jī)故名思意，就是用來(lái)壓縮空氣的一種機(jī)械。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上所使用的壓氣機(jī)按其結(jié)構(gòu)和工作原理可以分為兩大類，一類是離心式壓氣機(jī)，一類是軸流式壓氣機(jī)。離必式壓氣機(jī)的外形就像是一個(gè)鈍角的扁圓錐體。在這個(gè)圓錐體上有數(shù)條螺旋形的葉片，當(dāng)壓氣機(jī)的圓盤運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣就會(huì)被螺旋形的葉片“抓住”，在高速旋轉(zhuǎn)所帶來(lái)的巨大離心力之下，空氣就會(huì)被甩進(jìn)壓氣機(jī)圓盤與壓氣機(jī)機(jī)匣之間的空隙，從而實(shí)現(xiàn)空氣的增壓。與離心式壓氣機(jī)不同，軸流式壓氣機(jī)是由多級(jí)風(fēng)扇所構(gòu)成的，其每一級(jí)都會(huì)產(chǎn)生一定的增壓比，各級(jí)風(fēng)扇的增壓比相乘就是壓氣機(jī)的總增壓比。
在現(xiàn)代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上的壓氣機(jī)大多是軸流式壓氣機(jī)，軸流式壓氣機(jī)有著體積小、流量大、單位效率高的優(yōu)點(diǎn)，但在一些場(chǎng)合之下離心式壓氣機(jī)也還有用武之地，離心式壓氣機(jī)雖然效率比較差，而且重量大，但離心式壓氣機(jī)的工作比較穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且單級(jí)增壓比也比軸流式壓氣機(jī)要高數(shù)倍。比如在我國(guó)臺(tái)灣的IDF上用的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的TFE1042-70渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上，其高壓壓氣機(jī)就采用了四級(jí)軸流式與一級(jí)離心式的組合式壓氣機(jī)以減少壓氣機(jī)的級(jí)數(shù)。多說(shuō)一句，這樣的組合式壓氣機(jī)在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上用的不多，但在直升機(jī)上所使用的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在一般都為幾級(jí)軸流式加一級(jí)離心式的組合結(jié)構(gòu)。比如國(guó)產(chǎn)的渦軸6、
渦軸8發(fā)動(dòng)機(jī)就是1級(jí)軸流式加1級(jí)離心式構(gòu)成的組合壓氣機(jī)。而美國(guó)的“黑鷹”直升機(jī)上的T700發(fā)動(dòng)機(jī)其壓氣機(jī)為5級(jí)軸流式加上1級(jí)離心式。
壓氣機(jī)是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上比較核心的一個(gè)部件。在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)很大程度上就是為了迎合壓氣機(jī)的需要。壓氣機(jī)的效率高低直接的影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。目前人們的目標(biāo)是提高壓氣機(jī)的單級(jí)增壓比。比如在J-79上用的壓氣機(jī)風(fēng)扇有17級(jí)之多，平均單級(jí)增壓比為1.16，這樣17級(jí)葉片的總增壓比大約為12.5左右，而用在波音777上的GE-90的壓氣機(jī)的平均單級(jí)增壓比以提高到了1.36，這樣只要十級(jí)增壓葉片總增壓比就可以達(dá)到23左右。而F-22的動(dòng)力F-119發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)更是了的，3級(jí)風(fēng)扇和6級(jí)高壓壓氣機(jī)的總增壓比就達(dá)到了25左右，平均單級(jí)增壓比為1.43。平均單級(jí)增壓比的提高對(duì)減少壓氣機(jī)的級(jí)數(shù)、減少發(fā)動(dòng)機(jī)的總量、縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的總長(zhǎng)度是大有好處的。
但隨著壓氣機(jī)的增壓比越來(lái)越高，壓氣機(jī)振喘和壓氣機(jī)防熱的問(wèn)題也就突現(xiàn)了出來(lái)。 在壓氣機(jī)中，空氣在得到增壓的同時(shí)，其溫度也在上升。比如當(dāng)飛機(jī)在地面起飛壓氣機(jī)的增壓比達(dá)到25左右時(shí)，壓氣機(jī)的出口溫度就會(huì)超過(guò)500度。而在戰(zhàn)斗機(jī)所用的低函道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，在中低空飛行中由于沖壓作用，其溫度還會(huì)提高。而當(dāng)壓氣機(jī)的總增壓比達(dá)到30左右時(shí)，壓氣機(jī)的出口溫度會(huì)達(dá)到600度左右。如此高的溫度會(huì)鈦合金以是難當(dāng)重任，只能由耐高溫的鎳基合金取而代之，可是鎳基合金與鈦合金相比基重量太大，所以說(shuō)用料也需要改進(jìn)，于是人們就又開(kāi)發(fā)了新型的耐高溫鈦合金。
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