渦輪風扇發動機簡稱渦扇發動機，是一種運用廣泛的航空發動機，其通過噴管噴出的燃氣和風扇排出的空氣共同產生推力。

歷史

早在上世紀50年代，渦噴發動機的發展已經相當成熟，人們想到了給渦噴發動機加裝風扇來增大空氣流量，進而提高發動機的推力。英國羅爾斯-羅伊斯公司研製的"康維"渦扇發動機於1953年進行第一次地面試車，1959年"康維MK-508"最終定型，這型發動機採用雙轉子前風扇的結構，涵道比為0.3，推重比為3.83。同期美國普惠公司也研發了JT3D渦扇發動機，該發動機採用成熟的J-57渦噴發動機作為新發動機的核心機，配備已經被撤銷型號的J91核動力發動機的葉片作為風扇。JT3D發動機的性能上有很大的提升，其推重比達到4.22，涵道比為1.37。

F-119發動機測試

F-119發動機測試

渦扇發動機由風扇、高壓壓氣室、低壓壓氣室、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪和排氣系統組成。

風扇

風扇是渦扇發動機的重要組成部分，其外涵推力完全來自於風扇，所以風扇的好壞會直接影響發動機的性能。在渦扇發動機誕生之初，單級風扇的增壓比較低，只能用多級的方式提高總增壓比。但是多級增壓的重量大，效率低，隨著技術的發展，現在的渦扇發動機基本採用單級風扇。但戰鬥機使用的低涵道比渦扇發動機仍然使用多級增壓結構，因為戰鬥機機體大小有限，採用高涵道比渦扇發動機並不現實。

高涵道比渦扇發動機剖面圖

壓氣機

壓氣機是用來壓縮氣流的裝置，是渦扇發動機上比較核心的一個部件，現代渦扇發動機大多采用軸流式壓氣機，這種壓氣機有體積小、壓力大、效率高的特點。由於壓氣機的效率會直接影響發動機的工作效率，因此人們一直希望能夠提高壓氣機的單級增壓比，如在波音777的GE-90發動機壓氣機平均單級增壓比達到1.36，而F-22戰鬥機裝備的的F-119發動機壓氣機平均單級增壓比更是達到了1.43。由於壓氣機在工作過程中會產生很高的溫度，特別是戰鬥機採用的低涵道比渦扇發動機，在總增壓比達到30左右時，壓氣機出口的溫度會達到600度，因此通常使用耐高溫鈦合金製造。

渦扇發動機結構示意圖

燃燒室

經過壓氣機壓縮後的空氣與燃料混合後在燃燒室中燃燒，常用的燃燒室有環管形燃燒室與環形燃燒室兩種。環管形燃燒室是由數個火焰筒圍成一圈組成，在火焰筒間有傳焰管相連接。但各個火焰筒的燃氣壓力不完全相同，而且相鄰火焰筒噴出的壓力會發生重疊，溫度高的部分壽命會降低。而環形燃燒室的形狀就是個圓環，壓縮空氣與燃料在圓環中燃燒，出氣口的溫度要比環管形的均勻，而且環形燃燒室更利於冷卻。環形燃燒室需要的製作工藝比較高，但八十年代之後研發的新型渦扇發動機之上幾乎使用的都是環形燃燒室。

渦扇發動機結構示意圖

渦輪

燃燒室產生的高溫高壓燃氣會推動渦輪旋轉，各級渦輪會帶動風扇和壓氣機做功。因為渦輪要承受高溫高壓燃氣的沖刷，因此渦輪需要使用極耐高溫的材料製造。現在各國先進渦輪盤和葉片的材料都是高度保密的。除了材料外，渦輪的製造工藝也非常重要，在渦輪葉片和渦輪機匣在高溫工作時會產生一定的變形，這些變形會降低渦輪效率，因此渦輪盤的加工精度、渦輪葉片合金鑄造時的偏析和表面加工的要求都很高。

渦扇發動機與渦噴發動機對比圖

工作原理

渦扇發動機的高壓壓氣機、高壓渦輪和燃燒室三部分稱為核心機，核心機排出的的能量一部分傳給低壓渦輪驅動風扇，剩餘的部分用於加速排出的燃氣。氣流在經過風扇後會分成兩路，一路稱為內涵氣流，經過核心機高速從噴管排出，另一路是外涵氣流，氣流經外涵道與內涵燃氣一起排出或直接排出。渦扇發動機結合了渦槳發動機和渦噴發動機的優點，其總推力是核心發動機與風扇推力之和。渦扇發動機是可以分開排氣和混合排氣的，風扇可作為低壓壓氣機的第一級由低壓渦輪驅動。

F-135發動機

涵道比對渦扇發動機的性能影響很大，高涵道比的發動機燃油率低但是迎風面積大；低涵道比迎風面積小但是油耗大。現代客機為了省油，發動機的涵道比越來越大，通常都在5以上。而戰鬥機使用低涵道比發動機主要是因為高涵道比發動機橫截面積大不利於超音速飛行，而且在超音速狀態下效率比渦噴發動機更低。