03.05 为什么客机的发动机短而粗?

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在机场,我们经常可以看见,客机的发动机又短又粗,不像战斗机的发动机可以隐藏在机身。这是为什么呢?



其实,战斗机和客机的发动机都是涡轮风扇发动机,它的作用就是使进入发动机机舱的低温低压空气经过若干风扇和涡轮组加压加热后变成高温高压气体,并在燃烧室燃烧后从尾喷口喷出,实现将低能量空气变成高能量空气。


客机的发动机比战斗机的发动机粗,就在于前者所用的发动机是大涵道比发动机,而后者是小涵道比发动机。

那么什么是涵道,就是空气流经的通道。涡扇发动机有外涵道和内涵道。飞机的推力就来源于内外涵道气体所产生的推力之和。

大涵道比发动机。

什么是涵道比呢?是指单位时间内,流经发动机燃烧室的空气和不流经燃烧室的空气质量之比。涵道比越大,外涵道越大,发动机越粗。

至于为什么有内外涵道,而不像涡喷发动机只有内涵道,这是因为,外涵道的空气也能产生推力,相当于在涡喷上加了一件装置,使得发动机的推力更大。相同的燃油,涡扇发动机可以产生更大的推力。

由于大涵道比发动机大部分推力来自风扇加速的外涵道空气,不经过高压压气机,所以这种发动机的外涵道较短,所以大涵道比的发动机短。内涵道的尾气不外内涵道的尾气相混合,由喷管单独排出。

大涵道比发动机亚音速性能较好,通常用于客机,运输机。

这就是为什么客机的发动机短而粗了。


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涡轮风扇发动机都有内外两个函道,前级低压风扇鼓入空气,经内涵道高压风扇鼓入燃烧室燃烧,产生推力,推力也附带推动涡轮,涡轮带动高低压风扇,低压风扇鼓的风,除了一部分送入内涵道燃烧外,还有一部分直接经外函道推向大气,形成另一个推力。


即涡轮风扇发动机有两个部分推力构成,一个经高低压风扇形成高压空气,再经过燃烧室燃烧后,形成喷气推力,一个经低压风扇直接将空气吹向大气形成推力,和螺旋桨一样,只不过这个螺旋桨安装在函道里。

大函道比发动机,即外函道面积和内涵道面积之比大的发动机,外函道推力占比会更大。而前级风扇,即外函道推力,也要消耗燃烧室形成高温气体的膨胀能量,因为这部分能量的一部分,要推动涡轮,涡轮再带动高低压风扇。

推动外函道低压风扇尺寸越大(即外函道越大),消耗的热能也就越多,燃烧室形成的高温气体离开发动机的出口温度也就越低,这样,就不会把过多的热能带到大气无效消耗,发动机的效率也就更高,因此,函道比越大越节能。

民航机发动机外置,不像战斗机发动机装在机身内,小机身尺寸对发动机径向尺寸产生很大的限制,再加上经济性对民航机运营商至关重要,民航机的条件和需求,都决定民航机会安装大函道比发动机,即相对轴向尺寸,径向尺寸更大的发动机,也即短而粗的发动机。


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