如今渦扇發動機技術已經很成熟,為何還有飛機使用螺旋槳發動機?

纖指十三玄_


說起來你可能不信,因為低亞音速下“螺旋槳”(渦槳)飛機更省油。

現如今固定翼飛機使用的“螺旋槳”飛機已經不是以前那種星形柴油發動機驅動的螺旋槳飛機了,而是渦槳發動機。實際上渦槳發動機和渦扇噴氣發動機用的是同一個熱端,核心機都是一個渦輪發動機。

星形發動機在二戰期間是各國螺旋槳發動機的標配,如今已經沒有多少企業在研究,基本退出歷史舞臺;我們現在看到的螺旋槳發動機其實是渦槳發動機,原理和星形發動機有本質區別,幾乎相當於模擬電路和數字電路的差別。下圖是渦槳發動機結構:

渦槳發動機工作原理示意圖,槳葉和渦輪發動機輸出軸通過齒輪傳動;

噴氣式發動機從二戰面世到現在,已經發展出了4個變體:渦輪噴氣發動機、渦扇發動機、渦槳發動機和渦軸發動機。渦扇和渦槳的區別在於渦扇發動機依靠風扇旋轉+尾噴口噴氣獲得推力,而渦槳發動機幾乎只依賴渦槳旋轉產生的推力,尾端噴氣貢獻的推力較小或者幾乎沒有。渦扇發動機進氣道用的是一個葉片較多的大直徑風扇,且有外涵道,外涵道(即內涵道到進氣道風扇末端的這段距離)和內涵道比值通常小於1(bypass ratio),外涵道外部由一個外殼罩起來,外涵道用風扇划動空氣產生推力,內涵道通過噴出高速的廢氣產生推力;而渦槳發動機,用的是槳形葉片,葉片瓣數少,通過減速齒輪與渦輪發動機相連,將廢氣推動燃氣渦輪產生的動能輸出轉換為槳扇的動能,划動空氣產生推力;而內涵道的廢氣幾乎不產生推力。

渦輪風扇發動機

渦槳發動機,沒有渦扇發動機那樣的外殼形成外涵道

在低亞音速速模式下,燃氣推動渦輪產生的主要能量都用來驅動槳葉旋轉,從而產生推力。由槳葉尺寸較大,在低速模式下可以產生較大推力。為了使廢氣熱能和動能儘量都轉化為槳葉的動能,其燃氣渦輪級數較渦輪噴氣和渦扇噴氣發動機要多,當廢氣排出時,反作用力已經非常小了。高效的推力轉化能力使渦槳發動機的油耗較低。而當速度升高時,槳葉尖端首先超過音速,產生激波;空氣此時無法附著在槳葉表面。槳葉將發生失速,使推力不升反降。

渦槳發動機與其他類型燃氣渦輪的發動機對比,可見在低亞音速段效率高於任何一種發動機,超過一定速度後效率開始下降

所以為了儘量延遲槳葉尖端達到音速,需要在發動機輸出軸和槳葉間加一級減速齒輪。根據減速齒輪的形式,可以導致兩種渦槳發動機的形態,一種槳葉與渦輪同軸,一種是非同軸:

渦槳發動機可採用1組槳葉,也可採用2組對旋的槳葉

從以上特徵我們知道,渦槳發動機十分適合用於起飛重量大,要求經濟型,同時對最大速度要求不高的大型固定翼飛機使用。比如我們的運-8、運-9運輸機、歐洲的AM400中型運輸機、俄羅斯的圖-95轟炸機和安-12,用的都是渦槳發動機。

這裡值得拿出來一說的是俄羅斯的圖-95轟炸機。它的渦槳發動機與其他的不同,其採用了比較巧妙的工作模式,在低速模式下,工作在渦槳發動機狀態,即能量轉化為槳葉的動能;而在高速狀態,發動機轉換為渦噴模式,槳葉停止旋轉,僅靠噴出的廢氣產生推力。

被F-16攔截的Tu95,此時槳葉轉速非常非常慢,肉眼可見,靠的是渦輪噴氣產生推力

渦槳發動機還有個比較像的兄弟,叫槳扇發動機。槳扇發動機與渦槳發動機最大的不同是其沒有減速齒輪,渦輪發動機輸出軸與槳扇直接相連,因此槳扇的轉速非常高,這要求其外形設計與渦槳不同,一半採用2個對旋的槳扇與渦輪同軸安裝。在低速時。槳扇發動機相當於一個外涵道無限大的渦扇發動機。在低速時與渦槳發動機表現相同,高速時則與渦扇發動機的表現幾乎相同。這種發動機兼顧了渦槳的經濟性和渦扇的高速性能。不過目前世界上唯一投入使用的槳扇發動機就是D-27,搭載在安-70運輸機上。

安-70槳扇發動機

通用研製的實驗型號槳扇發動機


紙上的宣仔


回答這個問題前,首先得糾正一下,現代飛機上使用的螺旋槳發動機可未必都是二戰時期的那種活塞式發動機,而是渦槳發動機。渦槳發動機其核心機其實就是一臺渦噴發動機,只不過不再是向後方噴口噴射高速高壓高溫氣體來獲取反作用的推力,而是通過驅動後部的渦輪葉片,將其轉化成為旋轉機械能輸出,配合前端的減速齒輪來帶動螺旋槳旋轉,從而實現推力的產生。

渦槳發動機+螺旋槳這樣的動力系統和渦扇發動機動力系統相比,各有各的特點和專長,都算是現代航空發動機,這一點和技術落後並沒什麼關係。

渦槳發動機+螺旋槳由於需要通過螺旋槳來產生推力,而螺旋槳的性能受到槳尖馬赫數的限制,因此這種動力系統更適合於低速飛行;況且螺旋槳的推力產生機理是基於空氣動力學,氣動效率方面在同等推力條件下,渦槳發動機的燃油消耗要小於渦噴或渦扇發動機。

正因為如此,渦槳發動機+螺旋槳的動力系統在當今領域中,主要應用在三種機型上:

1、支線客機或者大載客量的通航客機,這是渦槳發動機在民用領域最為主流的應用機型,可以發揮渦槳發動機好維護、省油的特性,又可以滿足動力需求,畢竟渦槳發動機的動力輸出強度遠高於活塞發動機。典型支線客機應用產品比如國產的新舟60;

通航類客機應用案例比如美國塞斯納公司的208B“大篷車”飛機。

2、中型運輸機;這是渦槳發動機在軍用飛機領域的主流應用方式,一般都是集中在雙發/四發的中型、輕型運輸機上,比如C-130、安-24等機型。低速推力輸出大,油耗相對更低,有利於提高運輸機的航程。

3、大型遠程轟炸機。

在轟炸機上的應用,渦槳發動機如今和渦扇發動機相比,並不佔優勢,但是在上個世紀五十年代,轟炸機應用渦槳發動機主要是為了降低油耗,延長航程。最經典的應用案例就是圖-95轟炸機了。不過現在轟炸機基本上都是渦扇動力為主了。

——問題就回答到這裡了——

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(圖片來自互聯網公開圖片,如侵則刪。


老鷹航空



現代航空動力主要是渦槳發動機和渦扇發動機,其次是活塞式螺旋槳發動機。

渦輪螺旋槳發動機和渦輪噴氣發動機/渦輪風扇發動機使用相同的燃燒和發電概念:燃燒燃料使渦輪旋轉。


噴氣發動機的渦輪最大化加熱空氣由噴口部分產生向後的推力推動飛機前進。

渦輪螺旋槳發動機的高速渦輪帶動齒輪組件,以較低的速度驅動大功率螺旋槳反作用於空氣產生推力。



比起純噴氣發動機,渦輪螺旋槳發動機更受青睞的主要原因是渦輪螺旋槳發動機在比噴氣發動機在更慢的飛行速度下提供更大的功率和更高的效率。



這就引出了一個問題,為什麼飛機機身是為功能或目標設計的,因此具有特定的形狀,然後決定了它的空氣動力學(從而決定了最佳速度)。商用客機是為相對較輕的負載和大量的座位空間而設計的,對速度有一定的要求,但對燃油效率有明確的考慮。打算運載大截面貨物的飛機不能以更快的速度飛行,因此渦輪螺旋槳發動機將更合適。



除了渦輪螺旋槳發動機的經濟優勢外,特別是對於較小的飛機和較短的航程,渦輪螺旋槳發動機比噴氣式發動機噪音小,由於高溫冶金,成本低於噴氣發動機(材料成本和維護)和燃料消耗對有效載荷的環境化學影響最小。

相比之下,由往復式活塞驅動的飛機發動機在技術上更簡單,購買成本更低,但噪音比渦輪發動機更大,效率也更低,尤其是隨著飛機尺寸的增加,情況更嚴重。歐美通用航空的普通民用飛機使用活塞式螺旋槳發動機較多,既有一定的航速,也具備經濟性。


軍機處留級大學士


現在螺旋槳大多由渦槳發動機驅動,用什麼發動機要結合飛機的速度和需要的動力,在低速情況下螺旋槳推進效率最高,但是在高速中高速渦扇會好一些,如果要把飛機開到1馬赫以上那就得選渦噴或者衝壓發動機了。

同等條件下,飛機推進效率和參與推進的空氣質量成正比。螺旋槳飛機可以讓更多空氣參與到推進過程中,渦扇次之,渦噴最小。但是,飛機一旦達到高速,螺旋槳推進橫截面過大風阻更大反而影響了飛機推進效率。還有飛機一旦超音速,氣體的很多參數造成的影響將會反轉,比如在亞音速情況下流體速度和通道橫截面積成反比,而超音速情況下確恰恰相反。

所以,並不是螺旋槳已經過時了,而是飛機需要一個什麼動力或者什麼楊的速度,才選什麼樣的推進方式。





兔子的野史


準備好一大堆資料和圖片回答一下這個問題,重在參與、不求名利……

當代航空工業發展和技術運用講究“物實”、軍民用運輸機機體大小不同使用也不一樣。

以軍用運輸機為例分戰術運輸機和戰略運輸機之分。戰爭雖然是典型的消耗一切資源的、戰爭經濟學也必須考量一番。以當今飛機的動力分渦噴發動機、渦扇發動機以及渦槳發動機三大類。

渦輪螺旋槳發動機最經濟。中短程運輸機都採用此類發動機。渦輪螺旋槳發動機燃油消耗低、經濟性強、對低速運輸機更加實用。甚至於像歐盟聯合研發的中遠程運輸機“M400”運輸機也採用4 發渦槳式發動機作為動力最佳選項。

戰術運輸機大多數都是選擇經濟實惠的渦輪螺旋槳發動機。

典型的像:An2/運5輕型運輸機、美國的“C130-大力士”運輸機、安12/y12/運9運輸機。歐洲的“M400”/俄羅斯/烏克蘭的安70以及將來的中國“運30”運輸機、不可比取替……

渦輪軸發動機為動力的運輸機/民用客機將越來越受歡迎和推廣。











孔乙己亂彈


你看到只個外表,以為有個螺旋槳就和二戰的古董貨一樣?二戰那螺旋槳用的是活塞的星型發動機,發動機的功率是有上限的。現在的比如運輸機、預警機、轟炸機上用的那是渦槳發動機、還有槳扇發動機!亞音速下的推進效率很高、功率大


中國人民很行1


經濟性好,起降距離短,對機場要求低。這些優點還不夠嗎?


專業掃盲


在低速低空,螺旋槳飛機更省油,渦輪噴氣發動機作為噴氣引擎,大涵道比渦輪風扇發動機應用於民航,適用飛行範圍與螺旋槳飛機相當,但是價格昂貴,適用於大飛機。螺旋槳飛機適用於,短途的支線客機,公務機等。


空天知識局


螺旋槳不更成熟麼?長短那麼重要麼,加個罩子就不認識了?


海邊的呆子


螺旋槳不是發動機。螺旋槳可以與渦槳發動機或者活塞發動機配合,共同組成動力系統。你的問題可以反過來問。既然有了先進的渦槳發動機+螺旋槳動力系統,為什麼不淘渦扇發動機?


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