飛機渦輪風扇發動機最大的優點是什麼？

2023-04-01 22:42:56

商用大涵道比單級風扇的渦扇：優點就是燃油效率高唄

在這我貼一個別的回答裡寫的：盧西：為什麼高涵道的飛機試用於民航？

熱機效率三部分組成，燃燒室效率 內效率 外效率。

燃燒室效率就是這些油能燒出這麼多熱，實際燒了多少出來，而民發的核心機（高壓壓氣燃燒室高壓渦輪）甚至直接來自軍發所以跟軍發一樣。

內效率是油燒出來的熱量能帶來多少做功（驅動渦輪和噴氣推進）。這個值在沒有加力燃燒室的發動機（也就是戰鬥機發動機）和總壓比正相關，這也就是為什麼商用航發的壓比越來越高。此外還與渦輪前溫度與環境溫度之比呈正相關，這是為什麼商用和軍用發動機都在追求提高渦輪前溫度，這對渦輪冷卻系統和渦輪材料，塗層提出了諸多挑戰。詳見：盧西：航空發動機高壓渦輪轉子葉片是如何製造的？

外效率是排氣排出去這些動能帶來了多少前進的能量。而這個東西跟排氣速度成逆相關，也就是排氣速度越接近進氣速度外效率就越接近100% 當進氣和排氣速度一樣的時候 外效率100% 當然這時也不會產生任何推力。

那麼提高效率最好的解決方案就是降低排氣中的廢熱 用這部分能量來推動越多越好空氣而這部分空氣被「推」了以後的速度越慢越好。換句話說，提高涵道比，更溫柔的推更多的空氣。

橫軸是涵道比，縱軸的Bs（紅）是每秒單位推力的油耗。

當然涵道比也不能無限增加，大涵道比也帶來了很多劣勢比如機翼離地間隙，重量，迎風面積，發動機外殼風阻。而且雙軸架構航發的風扇與低壓渦輪轉數矛盾，Leap應該是傳統雙軸架構商發的極限涵道比了。

本來想兩張圖都貼GE的，給GE續兩口。沒找到清楚的GE軍發，普惠GE各續一口吧

軍用渦扇發動機：亞音速飛行更高燃油效率，加力燃燒室開啟時更大的推力提升潛力

上文寫的一樣，軍發也得稍微追求一點燃油效率，要不然作戰半徑太受限。也就用了渦扇，可是大渦扇迎風面積太大，重量太大，等等。無法超音速飛行，無法激烈的大過載機動。

所以工程師選擇了小涵道比，但是更大壓比的多級（一般為3級）低壓壓氣，被低壓壓氣機壓過的核心氣流，一部分進入內涵道，壓縮點燃做功。一部分進入外涵道，在低壓渦輪後部，內外涵道氣流混合。（其實這麼說不特別正確，也不是工程師選擇了小涵道比渦扇，本來渦扇開始就是多級風扇，小涵道比，包括商用渦扇，比如普惠從JT3C做的JT3D，3級低壓壓氣換成2級葉片更長的低壓壓氣，開了個外涵道）

這也就是內混式渦扇，然後因為灼熱的核心廢氣被相對冷的外涵道氣流冷卻，混合氣溫度降低，進入加力燃燒室的時候，可以噴更多的油，把混合氣流燒到氧氣完全燃燒，然後經由可變超音速推力噴管噴出。因為加力燃燒室以後在發動機核心部位沒有金屬零件了，所以可以完全燃燒，假如在主燃燒室完全燃燒，那高壓渦輪會瞬間融毀。

戰鬥機的發動機總壓比遠低於商發，不光是有結構重量考慮，還有在戰鬥機超音速飛行時，不管是進氣錐還是進氣道都可以提供一定（甚至很高的）壓縮。詳見：最優雅又最野蠻的動力——SR71黑鳥的心臟普惠J58

假如一臺飛機只考慮超音速飛行的話，是不會用渦扇的，比如協和的動力Olympus593，雙軸渦噴配加力燃燒室。

再給GE續一口！

現在的戰鬥機又有一個新的設計挑戰，超音速巡航（超巡），也就是不開加力燃燒而超音速飛行。

超巡的實現需要多方努力渦輪發動機是誰發明的，空氣動力學，結構強度，輕量化，甚至發動機矢量噴口，etc.。別的我都不提了渦輪發動機是誰發明的，只說一下「涵道比」。

超音速飛行低油耗和亞音速飛行低油耗是完全矛盾的，因為一個要低涵道比（最好為0，也就是渦噴），一個要大涵道比。變循環大幅緩解了這個矛盾，在亞音速飛行時，涵道比提高，不開加力燃燒超音速飛行時涵道比降低。詳見下面貼的這個回答吧，變循環這個話題太大了，有別的問題我再寫吧。

盧西：關於變循環航空發動機（VCE），如美國GE的f120，為什麼要用到一個核心機驅動的風扇級(CDFS)？

再打個廣告：盧西：真正支持十字軍東徵的動力是什麼？

傳統變循環

自適應變循環

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