各種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1、一、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是利用汽油與空氣混合， 在密閉的容器 （氣缸） 內(nèi)燃燒， 膨脹作功的機(jī)械。 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)必須帶動(dòng)螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推（拉）力。所以，作為 飛機(jī)的動(dòng)力裝置時(shí)， 發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳是不能分割的。 主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門(mén)機(jī)構(gòu)、螺旋槳減 速器、機(jī)匣等組成。 氣缸是混合氣（汽油和空氣）進(jìn)行燃燒的地方。氣缸內(nèi)容納活塞作往復(fù) 運(yùn)動(dòng)。氣缸頭上裝有點(diǎn)燃混合氣的電火花塞（俗稱電嘴） ，以及進(jìn)、排氣門(mén)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣 缸溫度很高， 所以氣缸外壁上有許多散熱片， 用以擴(kuò)大散熱面積。 氣缸在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體 （機(jī)匣） 上的排列形式多為星形或 V 形。常見(jiàn)的星形發(fā)動(dòng)機(jī)有 5個(gè)、7 個(gè)、

2、9 個(gè)、14 個(gè)、18 個(gè)或 24 個(gè)氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數(shù)目越多發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大。活塞承受燃?xì)鈮毫?在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 并通過(guò)連桿將這種運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 連桿用來(lái)連接活塞和 曲軸。 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的部件。 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 通過(guò)減速器帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生拉力。 除此而外，曲軸還要帶動(dòng)一些附件（如各種油泵、發(fā)電機(jī)等） 。氣門(mén)機(jī)構(gòu)用來(lái) 控制進(jìn)氣門(mén)、 排氣門(mén)定時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉。二、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在第二次世界大戰(zhàn)以前，所有的飛機(jī)都采用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的動(dòng)力，這種發(fā)動(dòng)機(jī)本 身并不能產(chǎn)生向前的動(dòng) 力，而是需要驅(qū)動(dòng)一副螺旋槳， 使螺旋槳在空氣中旋轉(zhuǎn)， 以此推動(dòng)飛 機(jī)前進(jìn)。這

3、種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳的組合一直是飛機(jī)固定的推進(jìn)模式，很少有人提出過(guò)質(zhì) 疑。到了三十年代末， 尤其是在二戰(zhàn)中， 由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要， 飛機(jī)的性能得到了迅猛的發(fā)展，飛行速度達(dá)到 700800 公里每小時(shí)，高度達(dá)到了 10000 米以 上，但人們突然發(fā)現(xiàn)，螺 旋槳飛機(jī)似乎達(dá)到了極限，盡管工程師們將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率越提越高，從1000 千瓦，到 2000千瓦甚至 3000 千瓦，但飛機(jī)的速度仍 沒(méi)有明顯的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)明顯感到“有勁使不上” 。 問(wèn)題就出在螺旋槳上，當(dāng)飛機(jī)的速度達(dá)到 800 公里每小時(shí)，由于螺旋槳始終在高速旋轉(zhuǎn)，槳 尖部分實(shí)際上已接近了音速， 這種跨音速流場(chǎng)的直接后果就是螺旋 槳的效率急劇下降，

4、 推力 下降，同時(shí)，由于螺旋槳的迎風(fēng)面積較大，帶來(lái)的阻力也較大，而且，隨著飛行高度的上升， 大氣變稀薄， 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也會(huì)急劇下 降。這幾個(gè)因素合在一起， 決定了活塞式發(fā)動(dòng) 機(jī)螺旋槳的推進(jìn)模式已經(jīng)走到了盡頭，要想進(jìn)一步提高飛行性能，必須采用全新的推進(jìn)模 式，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。噴氣推進(jìn)的原理大家并不陌生，根據(jù)牛頓第三定律，作用在物體上的力都有大小相等 方向相反的反作用力。 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)， 從前端吸入大量的空氣， 燃 燒后高速噴出， 在 此過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)向氣體施加力，使之向后加速，氣體也給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)反作用力，推動(dòng)飛機(jī) 前進(jìn)。事實(shí)上，這一原理很早就被應(yīng)用于實(shí)踐中，我們玩過(guò)的爆竹，就是依

5、 *尾部噴出火藥氣體的反作用力飛上天空的。早在 1913 年，法國(guó)工程師雷恩洛蘭就獲得了一項(xiàng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的專利，但這是一種沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，在當(dāng)時(shí)的低速下根本無(wú)法工作，而且也缺乏 所需的高 溫耐熱材料。 1930 年，弗蘭克惠特爾取得了他使用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的第一個(gè)專 利，但直到 11 年后，他的發(fā)動(dòng)機(jī)在完成其首次飛行，惠特爾的這種發(fā)動(dòng)機(jī)形成了現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)。 現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣道、 壓氣機(jī)、 燃燒室、 渦輪和尾噴管 組成，戰(zhàn)斗機(jī)的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)仍屬于熱機(jī)的一種，就必 須 遵循熱機(jī)的做功原則： 在高壓下輸入能量， 低壓下釋放能量。 因此， 從產(chǎn)生

6、輸出能量的原 理上講， 噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是相同的， 都需要有進(jìn)氣、 加壓、 燃 燒和排氣這四個(gè) 階段，不同的是，在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中這 4 個(gè)階段是分時(shí)依次進(jìn)行的，但在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中則是連續(xù)進(jìn)行的， 氣體依次流經(jīng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分， 就對(duì) 應(yīng)著活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)工作位置。當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)， 可以看作氣流以飛行速度流向發(fā)動(dòng)機(jī)， 由于飛機(jī)飛行的速度是變化的， 而壓氣機(jī)適應(yīng)的來(lái)流速度是有一定的范圍的， 因而進(jìn)氣道的功能就是通 過(guò)可調(diào)管道， 將來(lái)流 調(diào)整為合適的速度。在超音速飛行時(shí)，在進(jìn)氣道前和進(jìn)氣道內(nèi)氣流速度減至亞音速，此時(shí)氣 流的滯止可使壓力升高十幾倍甚至幾十倍， 大大超過(guò) 壓氣機(jī)中的壓力提高倍

7、數(shù)， 因而產(chǎn)生了 單* 速度沖壓，不需壓氣機(jī)的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。 進(jìn)氣道后的壓氣機(jī)是專門(mén)用來(lái)提高氣流 的壓力的，空氣流過(guò)壓氣機(jī)時(shí)，壓氣機(jī)工作葉片對(duì)氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高。在 亞音速時(shí)，壓氣機(jī)是氣流增壓 的主要部件。 從燃燒室流出的高溫高壓燃?xì)?，流過(guò)同壓氣機(jī)裝在同一條軸上的渦輪。 燃?xì)獾牟糠謨?nèi)能在渦輪中膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能， 帶動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)， 在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中， 氣 流在渦輪中膨脹所做的功正好等于壓氣機(jī)壓縮空氣所消耗的功以及 傳動(dòng)附件克服摩擦所需的功。經(jīng)過(guò)燃燒后，渦輪前的燃?xì)饽芰看蟠笤黾?，因而在渦輪中的膨 脹比遠(yuǎn) 小于壓氣機(jī)中的壓縮比， 渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機(jī)進(jìn)口高很多， 發(fā)動(dòng)機(jī)

8、的 推力就是這一部分燃?xì)獾哪芰慷鴣?lái)的。從渦輪中流出的高溫高壓燃?xì)猓?在尾噴管中繼續(xù) 膨脹，以高速沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸向從噴口向后排出。這一速度比氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的速度大得多，使 發(fā)動(dòng)機(jī)獲得了反作用 的推力。三、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 自從惠特爾發(fā)明了第一臺(tái)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以后，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)很快便以其強(qiáng)大的動(dòng) 力、優(yōu)異的高速性能取代了活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)， 成為戰(zhàn)斗機(jī)的首選動(dòng)力裝置， 并開(kāi)始 在其他飛機(jī) 中開(kāi)始得到應(yīng)用。 但是，隨著噴氣技術(shù)的發(fā)展，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)也越來(lái)越突出， 那就是在低速下耗油量大， 效率較低，使飛機(jī)的航程變得很短。 盡管這對(duì)于執(zhí)行防空任務(wù)的 高 速戰(zhàn)斗機(jī)還并不十分嚴(yán)重，但若用在對(duì)經(jīng)濟(jì)性有嚴(yán)格要求的

9、亞音速民用運(yùn)輸機(jī)上卻是不可接 受的。 要提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率， 首先要知道什么式發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。 發(fā)動(dòng)機(jī)的效率實(shí)際 上包括兩個(gè)部分， 即熱效率和推進(jìn)效率。 為提高熱效率， 一般來(lái)講需要提高燃?xì)?在渦輪前的 溫度和壓氣機(jī)的增壓比，但在飛機(jī)的飛行速度不變的情況下，提高渦輪前溫度將會(huì)使噴氣發(fā) 動(dòng)機(jī)的排氣速度增加， 導(dǎo)致在空氣中損失的動(dòng)能增加， 這樣又 降低了推進(jìn)效率。 由于熱效率 和推進(jìn)效率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)參數(shù)矛盾的要求，致使渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的總效率難以得到較大的提 升。 那么， 如何才能同時(shí)提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和推進(jìn)效率，也就是怎樣才能既提高渦輪前溫度又至少不增加排氣速度呢？答案就是采用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

10、 這種發(fā)動(dòng)機(jī) 在渦輪噴氣發(fā) 動(dòng)機(jī)的的基礎(chǔ)上增加了幾級(jí)渦輪，并由這些渦輪帶動(dòng)一排或幾排風(fēng)扇，風(fēng)扇后的氣流分為兩 部分，一部分進(jìn)入壓氣機(jī)（內(nèi)涵道） ，另一部分則不經(jīng)過(guò)燃 燒，直接排到空氣中（外涵道） 。 由于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)一部分的燃?xì)饽芰勘挥脕?lái)帶動(dòng)前端的風(fēng)扇，因此降低了排氣速度，提高 了推進(jìn)效率， 而且， 如果為提高熱效率 而提高渦輪前溫度后， 可以通過(guò)調(diào)整渦輪結(jié)構(gòu)參數(shù)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，就不會(huì)增加排氣速度。這樣，對(duì)于 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái) 講，熱效率和推進(jìn)效率不再矛盾， 只要結(jié)構(gòu)和材料允許， 提高渦輪前溫度 總是有利的。 目前航空用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)主要分兩類， 即不加

11、力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和加 力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。 前者主要用于高亞音速運(yùn)輸機(jī)，后者主要用于殲擊機(jī)， 由于用途 不同， 這兩類發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)也大不相同。不加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)不僅渦輪前溫度較高，而且風(fēng)扇直徑較大，涵道比可達(dá)8 以上，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)， 而可用飛行速度又比活塞式發(fā)動(dòng) 機(jī)高， 在現(xiàn)代大型 干線客機(jī)、軍用運(yùn)輸機(jī)等最大速度為 M0.9 左右的飛機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)熱機(jī)的原理， 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率一定時(shí)， 參加推進(jìn)的工質(zhì)越多， 所 獲得的推力就越大， 不加力式渦輪風(fēng)扇發(fā) 動(dòng)機(jī)由于風(fēng)扇直徑大，空氣流量就大，因而推力也較大。同時(shí)由于排氣速度較低，這種發(fā)動(dòng) 機(jī)的噪音也較小。 加

12、力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)巡航中是不開(kāi)加力的， 這時(shí)它相當(dāng)于一 臺(tái)不加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，但為了追求高的推重比和減小阻力，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比一般 在 1.0 以下。在高速飛行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的加力打開(kāi)，外涵道的空氣和渦輪后的燃?xì)庖煌M(jìn)入加 力燃燒室噴油后再次燃燒， 使推力可大幅度增加， 甚至超過(guò)了加力式渦 輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)， 而且 隨著速度的增加，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的加力比還會(huì)上升，并且耗油率有所下降。加力式渦輪風(fēng)扇發(fā) 動(dòng)機(jī)由于具有這種低速時(shí)較油耗低， 開(kāi)加力時(shí)推重比 大的特點(diǎn)， 目前已在新一代殲擊機(jī)上得 到廣泛應(yīng)用。四、脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一種，可用于靶機(jī)，導(dǎo)彈或航空模型上。德國(guó)納粹在

13、第二次世界大戰(zhàn)的后期， 曾用它來(lái)推動(dòng) V-1 導(dǎo)彈，轟炸過(guò)倫敦。 這種發(fā)動(dòng)機(jī)的 結(jié)構(gòu)如圖所示， 它的前部裝有單向活門(mén)，之后是含有燃油噴嘴和火花塞的燃燒室，最后是特殊設(shè)計(jì)的長(zhǎng)長(zhǎng)的 尾噴管。 脈動(dòng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)， 首先把壓縮空氣打入單向活門(mén)， 或使發(fā)動(dòng)機(jī)在空中運(yùn) 動(dòng)， 這時(shí)便有氣流進(jìn)入燃燒室， 然后油咀噴油， 火花塞點(diǎn)火燃燒。 這時(shí)長(zhǎng)尾噴管在 燃?xì)鈬姵?后，由于燃?xì)饬鞯膽T性作用， 雖然燃燒室內(nèi)的壓強(qiáng)同外面大氣的壓強(qiáng)相等， 仍會(huì)繼續(xù)向外噴， 所以在燃燒室內(nèi)造成空氣稀薄的現(xiàn)象， 使壓強(qiáng)顯著降低到小于 大氣壓， 于是空氣再次打開(kāi)單 向活門(mén)流入燃燒室，噴油點(diǎn)火燃燒，開(kāi)始第二個(gè)循環(huán)。這樣周而復(fù)始，發(fā)動(dòng)機(jī)便

14、可不斷地工作了。這種發(fā)動(dòng)機(jī)由進(jìn)氣到燃燒、排氣的循環(huán)過(guò)程進(jìn)行得很快，一秒鐘大約可達(dá) 4050 次。 脈動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)在原地可以起動(dòng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，重量輕，造價(jià)便宜。這些都是它的優(yōu)點(diǎn)。但它只 適于低速飛行 （速度極限約為每小時(shí) 640 800 公里），飛行高 度也有限， 單向活門(mén)的工作壽 命短，加上振動(dòng)劇烈，燃油消耗率大等缺點(diǎn)，使得它的應(yīng)用受到限制。五、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)帶有壓氣機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)這一類型中，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)得較晚，但已在直升機(jī)和垂直 短距起落飛機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)于 1951 年 12 月開(kāi)始裝在直升機(jī)上，作第一次飛行。那時(shí)它屬于渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)，并沒(méi)有自成體系。以后隨著直升機(jī)在軍事和

15、國(guó) 民經(jīng)濟(jì)上使用越來(lái)越普遍，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)才獲得獨(dú)立的地位。在工作和構(gòu)造上，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)同渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)根相近。它們都是由渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的原 理演變而來(lái)，只不過(guò)后者將風(fēng)扇變成了螺旋槳， 而前者將風(fēng)扇變成 了直升機(jī)的旋翼。 除此之 外，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有自己的特點(diǎn)： 它一般裝有自由渦輪 （即不帶動(dòng)壓氣機(jī)， 專為輸出功率用 的渦輪 ） ，而且主要用在直升機(jī)和垂直短距 起落飛機(jī)上。在構(gòu)造上， 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室和尾噴管等燃?xì)獍l(fā)生器基本構(gòu)造，但它一般都裝有自由渦輪，如 圖所示， 前面的是兩級(jí)普通渦輪， 它帶動(dòng) 壓氣機(jī)， 維持發(fā)動(dòng)機(jī)工作， 后面的二級(jí)是自由渦輪， 燃?xì)庠谄渲凶鞴Γㄟ^(guò)傳動(dòng)

16、軸專門(mén)用來(lái)帶動(dòng)直升機(jī)的旋翼旋轉(zhuǎn)，使它升空飛行。此外，從渦 輪流出來(lái)的燃?xì)?，?jīng) 過(guò)尾噴管噴出，可產(chǎn)生一定的推力，由于噴速不大，這種推力很小，如 折合為功率，大約僅占總功率的十分之一左右。有時(shí)噴速過(guò)小，甚至不產(chǎn)生什么推力。為了 合 理地安排直升機(jī)的結(jié)構(gòu)， 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的噴口， 可以向上， 向下或向兩側(cè)， 不象渦輪噴氣 發(fā)動(dòng)機(jī)那樣非向后不可。這有利于直升機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的總體安排。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)是用于直升機(jī)的，它與旋翼配合，構(gòu)成了直升機(jī)的動(dòng)力裝置。按照渦輪風(fēng)扇發(fā) 動(dòng)機(jī)的理論，從理論上講， 旋翼的直徑愈大愈好。 同樣的核心發(fā)動(dòng)機(jī)， 產(chǎn) 生同樣的循環(huán)功率， 所配合的旋翼直徑愈大，則在旋翼上所產(chǎn)生的升力愈大。事實(shí)上

17、，由于在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中有 損失，旋翼也不可能制成無(wú)限大，所以，旋翼的直徑 是有限制的。般說(shuō)，通過(guò)旋翼的空 氣流量是通過(guò)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的500-1000 倍。 同渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和直升機(jī)常用 的另一種動(dòng)力裝置活塞發(fā)動(dòng)機(jī)采相比，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的功率重量比要大得多，在 2.5 以 上。而且就發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的功率來(lái) 說(shuō)，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)也大得多， 目前使用中的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) 所產(chǎn)生的功率， 最高可達(dá) 6000 馬力甚至 10000 馬力， 活塞發(fā)動(dòng)則相差很遠(yuǎn)。在經(jīng)濟(jì)性上， 渦 輪軸發(fā) 動(dòng)機(jī)的耗油率略高于最好的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)， 但它所用的航空煤油要比前者所用的汽油 便宜，這在一定程度上得到了彌補(bǔ)。 當(dāng)然， 渦輪

18、軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有其不足之處。 它制 造比較困難，制造成本也較高。特別是由于旋翼的轉(zhuǎn)速更低，它需要比渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)更重更大的減速 齒輪系統(tǒng)，有時(shí)它的重量竟占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量一半以上。六、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)一般來(lái)說(shuō)， 現(xiàn)代不加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比是有著不斷加大的趨勢(shì)的。 因?yàn)閷?duì)于 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)， 若飛 行速度一定， 要提高飛機(jī)的推進(jìn)效率， 也就是要降低排氣速度和 飛行速度的差值，需要加大涵道比；而同時(shí)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)材料和結(jié)構(gòu)工藝的提高，許用的渦輪 前溫度也 不斷提高，這也要求相應(yīng)地增大涵道比。對(duì)于一架低速（500600km/h）的飛機(jī)來(lái)說(shuō)，在一定的渦輪前溫度下，其適當(dāng)?shù)暮辣葢?yīng)為 50 以上，這顯然

19、是 發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)所無(wú)法 承受的。為了提高效率， 人們索性便拋去了風(fēng)扇的外涵殼體， 用螺旋槳代替了風(fēng)扇， 便形成了 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)， 簡(jiǎn)稱渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)由螺旋槳和燃?xì)獍l(fā)生器 組成， 螺旋 槳由渦輪帶動(dòng)。由于螺旋槳的直徑較大，轉(zhuǎn)速要遠(yuǎn)比渦輪低，只有大約1000 轉(zhuǎn)/分，為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內(nèi)， 需要在它們之間安裝 一個(gè)減速器， 將渦輪轉(zhuǎn)速降至十分 之一左右后，才可驅(qū)動(dòng)螺旋槳。這種減速器的負(fù)荷重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，它的重量一 般相當(dāng)于壓氣機(jī)和渦輪的總重， 作為發(fā) 動(dòng)機(jī)整體的一個(gè)部件， 減速器在設(shè)計(jì)、 制造和試驗(yàn)中 占有相當(dāng)重要的地位。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳后的空

20、氣流就相當(dāng)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道，由于螺旋槳的直徑比發(fā)動(dòng)機(jī)大很多，氣流量也遠(yuǎn)大于內(nèi)涵道，因此這種發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí) 際上 相當(dāng)于一臺(tái)超大涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。盡管工作原理近似，但渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)在產(chǎn)生動(dòng)力方面卻有著很大的不 同，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的主要功率輸出方式為螺旋槳的軸功率，而尾噴管 噴出的燃?xì)馔屏O小，只占總推力的 5%左右，為了驅(qū)動(dòng)大功率的螺旋槳，渦輪級(jí)數(shù)也比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)要多， 一般為 2 6 級(jí)。同活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳相比， 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)。 首先，它的功率大，功重比（功率 /重量）也大，最大功率可超過(guò)10000 馬力，功重比為 4 以上；而活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)最大不過(guò)

21、三四千馬力，功重比2 左右。其次，由于減少了運(yùn)動(dòng)部件，尤其是沒(méi)有做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞， 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好， 噪音 小， 工作壽命長(zhǎng)， 維修費(fèi)用 也較低。而且，由于核心部分采用燃?xì)獍l(fā)生器，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的適用高度和速度范圍都 要比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)高很多。 在耗油率方面， 二 者相差不多， 但渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的煤 油要比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽油便宜。由于涵道比大， 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)在低速下效率要高于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)， 但受到螺旋槳效率的影響， 它的適用速度不能太高， 一般要小于 900km/h。 目前在中低速飛機(jī)或?qū)Φ退傩阅苡袊?yán)格要求的巡邏、反潛或滅火等類型飛機(jī)中的到廣泛應(yīng) 用。七、螺槳風(fēng)扇發(fā)

22、動(dòng)機(jī) 螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是一種介于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)之間的一種發(fā)動(dòng)機(jī)形式，其目標(biāo)是將前者的高速性 能和后者的經(jīng)濟(jì)性結(jié)合起來(lái)，目前正處于研究和實(shí)驗(yàn)階段。 螺 槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖， 它由燃?xì)獍l(fā)生器和一副螺槳 - 風(fēng)扇（因?yàn)閷?shí)在無(wú)法給這個(gè)又象螺旋 槳又象風(fēng)扇的東東起個(gè)名字， 只好叫它螺槳 -風(fēng)扇） 組成。螺槳 - 風(fēng)扇由渦輪驅(qū)動(dòng)， 無(wú)涵道外 殼，裝有減速器，從這些來(lái)看它有一點(diǎn)象螺旋槳；但是它的直徑比普通螺旋槳小，葉片數(shù)目 也多（一般有 68 葉），葉片又薄又寬，而且前緣后掠，這些又有些類似于風(fēng)扇葉片。根據(jù)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的原理， 在飛行速度不變的情況下， 涵道比越高， 推進(jìn)效率就越高，

23、因此現(xiàn)代新型不加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比越來(lái)越大，已經(jīng)接近了結(jié)構(gòu)所能承受的極限；而去掉了涵道的渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)盡管效率較高，但由于螺旋槳的速度限制無(wú)法應(yīng)用于 M0.8M0.95 的現(xiàn)代高亞音速大型寬體客機(jī)， 螺槳風(fēng) 扇發(fā)動(dòng)機(jī)的概念則應(yīng)運(yùn)而生。由于無(wú)涵道外殼，螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比可以很大，以正在研究中的一種發(fā)動(dòng)機(jī)為例，在飛行 速度為 M0.8時(shí)，帶動(dòng)的空氣量約為內(nèi)涵空氣流量的 100 倍，相當(dāng)于涵道比為 100，這是渦輪 風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)所望塵莫及的，將其應(yīng)用于飛機(jī)上，可將高空巡航耗油率較目前高涵道比輪風(fēng)扇 發(fā)動(dòng)機(jī)降低 15%左右。同渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)相比， 螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的可用速度又高很多， 這是由

24、它們?nèi)~片形 狀不同所決定的。 普通螺旋槳葉片的葉型厚度大以保證強(qiáng)度，彎度大以保 證升力系數(shù)， 從剖面來(lái)看，這種葉型實(shí)際上就是典型的低速飛機(jī)的機(jī)翼剖面形狀，它在低速情況下效率很高， 但一旦接近音速，效率就急劇下降，因此裝有渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)速度限制在M0.6M0.65 左右；而螺槳 - 風(fēng)扇的既寬且薄、前緣尖銳并帶有后掠的葉型則類似于超音速機(jī) 翼的剖面形狀，這種葉型的跨音速 性能就要好的多，在飛行速度為 M0.8 時(shí)仍有良好的推進(jìn) 效率， 是目前新型發(fā)動(dòng)機(jī)中最有希望的一種。當(dāng)然， 螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)也有其缺點(diǎn)， 由于轉(zhuǎn)速較高， 產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音也較大， 這對(duì)舒適性有嚴(yán)格要求的客機(jī)來(lái)講是一個(gè)難題。

25、 另外， 暴露在空氣中的螺槳 - 風(fēng) 扇的氣動(dòng)設(shè)計(jì)也是目前研究的難點(diǎn)所在。八、沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種利用迎面氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后減速， 使空氣提高靜壓的一種空氣 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。它通常由進(jìn)氣道（又稱擴(kuò)壓器） 、燃燒室、推進(jìn)噴管三部組成。沖 壓發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi) 有壓氣機(jī)（也就不需要燃?xì)鉁u輪） ，所以又稱為不帶壓氣機(jī)的空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮空氣的方法， 是* 飛行器高速飛行時(shí)的相對(duì)氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中減速，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓力能 （例如進(jìn)氣速度為 3 倍音速時(shí)， 理論上可使空氣 壓力提高 37 倍）。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的 工作時(shí)，高速氣流迎面向發(fā)動(dòng)機(jī)吹來(lái)，在進(jìn)氣道內(nèi)擴(kuò)張減速，氣壓和溫度升高后進(jìn)入燃燒室 與燃油（一般為煤油）混合燃燒，將溫度提高到 2000 2200C甚