什麼是渦扇發動機?渦扇發動機是如何工作的?

噴氣發動機在世界各地被用於不同類型的飛機。噴氣發動機有不同的類型，渦扇發動機是其中之一。風扇噴氣發動機或渦扇發動機是一種著名的引擎從噴氣發動機．渦扇發動機最常用於飛機推進。渦輪風扇有一個額外的風扇，這有助於在不燃燒額外燃料的情況下加速大量的質量。

什麼是渦扇發動機?

一個渦扇發動機是一種改良型噴氣發動機，使用旁路空氣和射流核心射流的組合來產生推力。旁路空氣通過管道風機吹。射流核心驅動這個管道風扇。渦扇發動機也被稱為旁通或風扇噴氣發動機。

“渦扇”一詞的意思是渦輪"和"風扇，“渦輪”部分代表一個燃氣輪機通過燃燒獲得機械動力的部分風扇代表一個管道風扇，利用燃氣輪機的機械動力加速空氣向後。

渦輪風扇的風扇通過渦輪從廢氣中吸收多餘的動力。這一過程使排氣速度略有降低，但旁路空氣的質量顯著增加。

在渦噴發動機的情況下，所有吸入的空氣都會流過渦輪還有燃燒室。相比之下，在渦扇發動機中，吸入發動機的空氣隻有一部分通過渦輪和燃燒室。因此，渦扇發動機就像渦輪噴氣發動機一樣使用導管風扇。

這些發動機通過推進係統(風扇)產生推力，使飛機在空中移動。最新的飛機采用渦扇發動機，因為這種發動機燃油效率好，推力大。

渦扇發動機的效率可以通過燃燒燃料產生所需推力的比率來衡量。它通常表示為每磅推力消耗一磅燃料。

現在大多數商用飛機的發動機都有高涵道比的發動機，但最新的軍用戰鬥機有低涵道比的渦扇發動機。加力燃燒室不能用於高涵道比渦扇發動機，但可以用於低涵道比發動機。

在這種類型的發動機中，核心發動機通過前麵的風扇和後麵的附加渦輪環繞。渦輪機風扇有多個葉片，如中央渦輪和中央壓縮機，通過額外的軸連接。由於一些機械原因，風扇軸經過一個中心軸。這種結構的發動機被稱為2軸發動機。一個“線軸”是核心，另一個“線軸”是風扇。

渦扇發動機是如何工作的?

的工作渦扇發動機是非常相似的渦輪螺旋槳發動機．渦扇發動機的工作原理如下:

• 首先，空氣通過風扇吸入發動機內部，空氣分為兩個不同的路徑。
• 一部分空氣進入發動機核心，燃燒發生，而其餘部分空氣(旁路空氣)通過管道移出發動機核心。
• 空氣吸入後進入低壓壓縮機，低壓壓縮機按要求增加空氣壓力，送入高壓壓縮機。
• 當低壓縮空氣進入高壓壓縮機時，進一步將空氣壓縮到非常高的壓力，並使其溫度升高。
• 高壓壓縮機使空氣溫度很高，以至於當它接觸到燃燒室中的燃料時，燃燒過程就會自己開始。
• 空氣-燃料混合氣燃燒後，燃燒後的氣體進入低壓高壓渦輪。
• 進入渦輪後，熱氣體膨脹進入渦輪並與渦輪葉片撞擊。渦輪葉片從燃燒的混合物中提取足夠的能量來驅動低壓壓氣機和風扇。燃燒混合物的剩餘功率被送到排氣噴嘴。
• 當廢氣進入噴嘴時，噴嘴將其壓力能量轉化為速度，並將其轉化為非常高速的氣體。
• 當高速氣體從噴嘴排出到大氣中時，它們會產生推力，推動飛機前進。
• 風機的氣流速度略快於自由氣流的速度。這種氣流被稱為旁路氣流或風扇氣流。

渦扇發動機的構造

渦扇發動機的設計避免了亞聲速飛行效率的不良特性渦輪噴氣發動機．

提高渦噴發動機效率的一個明顯途徑是提高燃燒器溫度以提高卡諾效率，並安裝噴管和更大的壓氣機。這一過程增加了推力，但廢氣以高速排出發動機，消耗額外的發動機功率。

由於上述原因，該噴氣發動機消耗大量的燃料。這些發動機轉速慢，效率低。因此，科學家們設計了渦扇發動機，以避免額外的燃油消耗，提高燃油經濟性。

渦扇發動機的類型

渦扇主要有以下三種類型:

1. Low-bypass引擎
2. 中型或加力發動機
3. 高函道比發動機

1)低涵道比渦扇

一種使用噴射推力超過風扇推力叫做低涵道比渦扇．低涵道比渦扇發動機包含一個多級風扇，產生相對高壓比，導致更高的排氣速度(冷或混合)。來自核心的氣流必須足夠大，以提供足夠的核心動力來運行風扇。

在該發動機中，通過提高高壓渦輪轉子的入口溫度，可以實現更高的涵道比/更低的核心流量循環。

與基本的渦噴發動機相比，這些類型的發動機具有較高的燃油效率。最新的戰鬥機大多采用低涵道比渦扇發動機和加力燃燒室。在那之後，它們可以有效地導航，但在纏鬥中仍然有足夠的推力。

戰鬥機的飛行速度可能比聲速快得多，但為了達到最高效率，進入發動機的空氣必須以低於聲速的速度飛行。

2)加力燃燒渦扇

加力燃燒室的主要目的是提高通常用於超音速飛行、戰鬥和起飛的推力。

燃燒後，額外的燃料被注入渦輪下遊噴射管中的燃燒室，以“重新加熱”廢氣。它通過減輕重量來大大提高推力，而不是使用更大的發動機。然而，這台發動機消耗大量的燃料，因為它使用的時間很短。

3)大涵道比渦扇

一個引擎誰的風扇推力比?大得多噴射推力叫做高涵道比渦扇．為了提高燃油消耗和降低噪音，目前幾乎所有的客機和軍用飛機(如C-17)都采用了高涵道比渦扇發動機。

這些類型的渦扇發動機是從20世紀60年代飛機上使用的低涵道比渦扇發動機發展而來的。

該發動機通過將多級風機改為單級風機，實現了低定推力。與一些軍用發動機相比，最新的民用渦扇發動機在風扇轉子的前部沒有固定的進氣導葉。風機有一個固定的規模，以達到所需的淨推力。

發動機的核心(或燃氣發生器)必須產生足夠的能量，使風扇以所需的壓力比和流量運行。渦輪材料/冷卻技術的改進提高了高壓(HP)渦輪轉子的入口溫度，從而實現了更小(更輕)的核心，並(潛在地)提高了核心的熱生產力。

核心質量流量的降低會增加低壓渦輪的負荷，因此該機組將需要額外的級來維持低壓渦輪的效率，並降低平均級負荷。核心流量的減少也提高了涵道比。

渦扇發動機部件

渦扇發動機有很多部件，下麵給出最常見的部件:

1. 風扇
2. 壓縮機
3. 渦輪
4. 軸
5. 燃燒的房間
6. 噴嘴

1)風扇

風扇是渦扇發動機最重要的部件。這部分幫助發動機產生推力。

風扇是渦扇發動機的第一個部件。你可以在下麵的圖表中看到這一點，你也可以在飛機的前部找到這個部分。

風扇葉片最常被解釋為鈦合金。這些會將大量空氣吸入發動機內。
空氣流經發動機的兩個部分。一部分空氣被引導到發動機的核心，在那裏點火。剩餘的空氣(稱為“旁路空氣”)流經發動機核心外部一側的導管風扇。這種旁路空氣產生額外的推力，冷卻發動機，並通過去除發動機廢氣使其平靜下來。在最新的風扇噴氣機中，最大的發動機推力是由旁路空氣產生的。

2)壓縮機

主要文章:壓縮機

壓氣機在渦扇發動機的工作中起著重要的作用。壓縮機的主要目的是提高空氣的壓力和溫度。

渦扇發動機采用兩台壓縮機(低壓壓縮機和高壓壓縮機)進行空氣壓縮。這些是離心式壓縮機。這種離心式壓縮機有一係列形狀像翼型的旋轉葉片來壓縮和加速空氣。離心壓縮機的主要部件是葉輪、進氣口、擴壓器和出氣口。
當空氣通過壓氣機時，壓氣機的葉輪葉片在這個過程中變得越來越小。它們向空氣中注入能量並壓縮空氣。由於這一過程，燃燒室內的壓力和溫度升高。
壓氣機有一係列固定或定子葉片。這些靜葉通過葉輪接收高速空氣，並將速度轉化為氣壓。定子還為進入下一個固定葉片準備空氣。簡而言之，定子葉片使氣流“變直”。

3)燃燒室

燃燒室是發動機內部發生燃燒的地方。當空氣離開壓縮機進入燃燒室時，它與燃料混合並點燃。
這聽起來很簡單，但實際上是一個非常複雜的過程。這是因為當空氣高速流過燃燒器時，燃燒器必須繼續提供穩定的空氣-燃料混合物燃燒。

發動機外殼有燃燒器的所有組件，其中擴散器是首先工作的組件。
擴散器使壓縮機中的空氣變慢，因此很容易燃燒。圓頂和旋渦增加了空氣湍流，使其更容易與燃料混合。正如你所想象的，燃油噴射器將燃料噴射到空氣中，然後就會發生點火過程。
從那裏開始，真正的燃燒發生在襯裏。內襯有多個進氣口，空氣可以從燃燒區域的不同點出現。
最後一個重要的部件是打火機。這與汽車和活塞發動機飛機上的火花塞非常相似。在打火機點燃火源後，它可以自給自足，並關閉打火機(盡管它通常在惡劣天氣或結冰條件下用作備用)。

4)渦輪

主要文章:渦輪

當燃燒的空氣離開燃燒室時，它進入渦輪。一個渦輪是一係列氣動葉片，非常類似於壓氣機葉片。當高速熱空氣穿過渦輪葉片時，它們吸收了額外的空氣能量，導致渦輪完全旋轉，並使渦輪旋轉引擎軸與之相連。

這是與風扇和壓縮機連接的同一軸。隨著渦輪旋轉，渦輪風扇發動機前部的壓氣機和風扇繼續吸入更多的空氣，並迅速與燃料混合並燃燒。

渦輪需要一個額外的風扇(如上圖所示)，這就導致了更大的渦輪和更大的溫度和壓力下降，這就導致了更小的噴嘴。這意味著核心逃逸速度將會降低。

5)噴嘴

噴口是風扇噴氣發動機的最後一部分。噴管是噴氣發動機和渦扇發動機中最重要的部件。發動機的這個部件是至關重要的，因為它通過高速向大氣排放廢氣來產生推力，幫助飛機前進。

這個過程是根據牛頓第三定律進行的。根據這一定律，每個作用力都有一個方向相等但相反的反作用。因此，當噴嘴高速噴出空氣時，空氣也會產生一個方向相反的相等力，推動飛機前進。

什麼是涵道比?

涵道比(BPR)是指通過機芯的空氣質量流量與吸入機芯的空氣質量流量的比較。例如，如果涵道比為12:2，這意味著12公斤的空氣將繞過發動機核心，2公斤的空氣將流過核心。
渦扇發動機根據涵道比分為不同類型，涵道比與風機壓比、渦輪入口溫度和總壓比是重要的設計因素。渦輪螺旋槳發動機和非導管風扇機組也采用BPR，因為它們的推進效率高，具有超涵道渦扇發動機的整體效率特征。
涵道比還可用於安裝風機氣流遠離電機且不流經電機鐵芯的電梯風機。高BPR降低了相同推力下燃料的燃燒。
當燃氣輪機輸出的所有氣體都在推進噴嘴中轉化為K.E時，飛機就非常適合超音速飛行。飛機在零速度飛行時效果最好，這時氣體被轉化為單一的大質量和低動能。

渦扇VS渦噴

渦扇發動機和渦噴發動機的主要區別如下:

渦扇發動機	渦輪噴氣飛機
渦扇發動機比渦噴發動機噪音低。	渦噴發動機噪音很大。
它使用風扇來產生推力。	它利用廢氣來產生推力。
它是渦噴發動機的改進型。	渦噴發動機是噴氣發動機的舊版。
渦輪風扇的效率很高。	渦噴發動機的效率較低。
它具有很高的燃油效率。	它的燃油效率較低。
它使用一個額外的風扇來產生推力。	不需要額外的風扇。
它能產生比渦噴發動機更大的推力。	它產生的推力更小。
這些用於轟炸機和客機。	這些用於戰鬥機。

渦扇發動機和渦槳發動機的區別是什麼?

渦扇發動機	渦輪螺旋槳發動機
渦輪風扇在前部有一個風扇。	渦輪螺旋槳的前部裝有螺旋槳。
它使用風扇來產生推力。	它使用螺旋槳來產生推力。
這台發動機燃油效率高。	它的燃油效率低。
渦扇發動機的效率不如渦輪螺旋槳發動機。	渦輪螺旋槳發動機效率更高。
裝有渦扇發動機的飛機高速行駛。	裝有渦輪螺旋槳的飛機速度很慢。
它有一個較低的涵道比。	它有更高的涵道比。
這些發動機用於高速亞音速飛機。	這些發動機用於較低或低速的亞音速飛機。

FAQ部分

渦扇發動機的優點是什麼?

1. 這些發動機在亞音速下有很高的效率。
2. 裝有渦扇發動機的飛機高速行駛。
3. 他們有很高的燃料效率。

渦扇發動機用在哪裏?

渦扇發動機用於寬體客機，如空中客車A300和波音747。

渦扇發動機在什麼類型的飛機上使用最廣泛?

幾乎所有的客機都使用渦扇發動機。這種發動機被設計成旋轉發動機前部的一個大風扇或一係列風扇，以產生大約80%的發動機推力。它的噪音很低，在這個速度範圍內具有出色的燃油經濟性。

渦扇發動機可以超音速飛行嗎?

渦扇發動機可以承受超聲速，因為無論飛行速度如何，進氣道都會產生恒定的流動狀態。在亞音速流動條件下，風扇葉片和螺旋槳具有最高的效率。

是什麼驅動渦扇發動機中的風扇?

在渦扇中，低壓渦輪驅動低壓壓氣機，低壓壓氣機進一步驅動風機。

為什麼渦扇發動機比渦噴發動機更安靜?

在推力相同的情況下，渦噴發動機比渦扇發動機噪音大。渦扇發動機的推力是通過旋轉渦輪發動機中的風扇來產生的，它可以將大量的空氣加速到比渦噴發動機更慢的速度。因此，在推力相同的情況下，風扇射流的放電在離開發動機時能量較低。因此，它產生的噪音比渦噴發動機低。

渦輪螺旋槳和渦輪風扇哪個更好?

的渦輪螺旋槳飛機發動機具有比渦扇發動機更高的效率。然而，擁有渦扇發動機的飛機比渦輪螺旋槳發動機有更高的速度。