渦噴/渦扇/渦槳

簡(jiǎn)單地說(shuō)，從外形上看，就像搭積木一樣，把壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪這三大核心部件裝在一根管子（術(shù)語(yǔ)叫做"涵道"）里面，后面再加上加力燃燒室、噴管，就是一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)渦噴。在渦噴的前端加上直徑較大的螺旋槳，就是渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)渦槳。將渦槳的螺旋槳外邊套上一個(gè)管子（外涵道，原來(lái)的那根管子就叫內(nèi)涵道），就成了渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)渦扇。當(dāng)然，上邊說(shuō)的只是為了便于理解而大大簡(jiǎn)化的定義，而實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有那么簡(jiǎn)單，特別是從渦噴到渦扇的這一步。

渦噴、渦扇和渦槳的主要區(qū)別在于發(fā)動(dòng)機(jī)的推力組成不同。

渦噴最簡(jiǎn)單，根據(jù)牛頓第三定律--作用力等于反作用力，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)把燃燒后的高溫高壓氣流以很高的速度排出噴管，相應(yīng)地獲得一個(gè)向前的推力。渦扇和渦槳就復(fù)雜一點(diǎn)了，其推力組成除了噴管排氣的推力，還要加上前面風(fēng)扇或螺旋槳向后吹風(fēng)產(chǎn)生的拉力。

更詳細(xì)地說(shuō)起來(lái)，就不能不提到我們平常所說(shuō)的"渦噴費(fèi)油，渦扇次之，渦槳省油"。為什么這么說(shuō)呢？如前所述，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是由噴管排氣產(chǎn)生的，但是排出的這股氣流還有很高的速度、溫度和壓力。當(dāng)氣流噴出噴管后，其中殘余的熱能、動(dòng)能和壓力能就不能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總推力有任何貢獻(xiàn)，所以浪費(fèi)了燃油，這種浪費(fèi)是十分驚人的。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：一方面，由于其迎風(fēng)面積小，故總體阻力較小，雷達(dá)反射面積也相應(yīng)減少，適合應(yīng)用于主要在地面引導(dǎo)下遂行國(guó)土防空任務(wù)的高空高速截?fù)魴C(jī)上。另一方面，隨著超視距空戰(zhàn)的發(fā)展，對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)高速巡航性能的重視又有所回升，而阻力較小的渦噴飛機(jī)可以較容易地實(shí)現(xiàn)超音速巡航。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)則不同。設(shè)計(jì)師們?cè)跍u扇發(fā)動(dòng)機(jī)上采取了幾點(diǎn)措施，有效地利用了排氣中的殘余能量。首先，在發(fā)動(dòng)機(jī)前部設(shè)置風(fēng)扇，利用風(fēng)扇排氣產(chǎn)生推力。這個(gè)風(fēng)扇需要由后邊的渦輪驅(qū)動(dòng)，當(dāng)燃?xì)鉀_擊渦輪，驅(qū)動(dòng)前部風(fēng)扇的時(shí)候，由于其對(duì)渦輪做功，氣流的溫度、速度和壓力都有所下降，這就降低了排氣的能量損失。其次，在軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上，外涵道來(lái)流（風(fēng)扇排氣）在加力燃燒室與高溫燃?xì)饣旌希黄浼訜?、加速、增壓，混合后排氣的總體溫度、速度和壓力進(jìn)一步下降，但此時(shí)的總排氣質(zhì)量上升，大幅度增加了總推力。在目前，只要設(shè)計(jì)上需要，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎都能達(dá)到，由于耗油率顯著降低，在航程上又具有渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法比擬的巨大優(yōu)勢(shì)，所以當(dāng)今世界上的先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)均采用小涵道比的大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性更好。在渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的推力構(gòu)成中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣產(chǎn)生的推力微乎其微，甚至不到總推力的10％，燃燒室來(lái)的燃?xì)饽芰繋缀跞坑脕?lái)驅(qū)動(dòng)前部的壓氣機(jī)和大直徑螺旋槳。于是，總體排氣的溫度、壓力都很低，甚至同周?chē)h(huán)境中的大氣的溫度壓力區(qū)別不大。同渦噴、渦扇相比，排氣速度也大幅下降，總排氣質(zhì)量進(jìn)一步提高。于是，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)最省油。但是渦槳為什么沒(méi)有取代渦扇，成為主流選擇呢？這是因?yàn)闇u槳發(fā)動(dòng)機(jī)存在難以彌補(bǔ)的先天缺陷：飛行速度不能太高，不可能超過(guò)音速。了解空氣動(dòng)力學(xué)的朋友都知道，任何飛行器在接近音速的時(shí)候會(huì)遇到一個(gè)巨大的難題--音障。當(dāng)使用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)時(shí)速達(dá)到700～900千米時(shí)，由于螺旋槳的直徑較大，槳尖的線速度就會(huì)接近甚至超過(guò)音速，于是出現(xiàn)巨大的噪音、阻力和振動(dòng)，甚至?xí)?dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)空中解體。音障的問(wèn)題可以通過(guò)使用大后掠角槳葉的方法得到部分緩解，但無(wú)法最終解決。同時(shí)，由于渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的巨大迎風(fēng)面積，相應(yīng)的阻力也十分巨大。因此，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)目前只在對(duì)速度和機(jī)動(dòng)性要求不高的運(yùn)輸機(jī)和轟炸機(jī)上采用。