03.05 為什麼客機的發動機短而粗?

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在機場,我們經常可以看見,客機的發動機又短又粗,不像戰鬥機的發動機可以隱藏在機身。這是為什麼呢?



其實,戰鬥機和客機的發動機都是渦輪風扇發動機,它的作用就是使進入發動機機艙的低溫低壓空氣經過若干風扇和渦輪組加壓加熱後變成高溫高壓氣體,並在燃燒室燃燒後從尾噴口噴出,實現將低能量空氣變成高能量空氣。


客機的發動機比戰鬥機的發動機粗,就在於前者所用的發動機是大涵道比發動機,而後者是小涵道比發動機。

那麼什麼是涵道,就是空氣流經的通道。渦扇發動機有外涵道和內涵道。飛機的推力就來源於內外涵道氣體所產生的推力之和。

大涵道比發動機。

什麼是涵道比呢?是指單位時間內,流經發動機燃燒室的空氣和不流經燃燒室的空氣質量之比。涵道比越大,外涵道越大,發動機越粗。

至於為什麼有內外涵道,而不像渦噴發動機只有內涵道,這是因為,外涵道的空氣也能產生推力,相當於在渦噴上加了一件裝置,使得發動機的推力更大。相同的燃油,渦扇發動機可以產生更大的推力。

由於大涵道比發動機大部分推力來自風扇加速的外涵道空氣,不經過高壓壓氣機,所以這種發動機的外涵道較短,所以大涵道比的發動機短。內涵道的尾氣不外內涵道的尾氣相混合,由噴管單獨排出。

大涵道比發動機亞音速性能較好,通常用於客機,運輸機。

這就是為什麼客機的發動機短而粗了。


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渦輪風扇發動機都有內外兩個函道,前級低壓風扇鼓入空氣,經內涵道高壓風扇鼓入燃燒室燃燒,產生推力,推力也附帶推動渦輪,渦輪帶動高低壓風扇,低壓風扇鼓的風,除了一部分送入內涵道燃燒外,還有一部分直接經外函道推向大氣,形成另一個推力。


即渦輪風扇發動機有兩個部分推力構成,一個經高低壓風扇形成高壓空氣,再經過燃燒室燃燒後,形成噴氣推力,一個經低壓風扇直接將空氣吹向大氣形成推力,和螺旋槳一樣,只不過這個螺旋槳安裝在函道里。

大函道比發動機,即外函道面積和內涵道面積之比大的發動機,外函道推力佔比會更大。而前級風扇,即外函道推力,也要消耗燃燒室形成高溫氣體的膨脹能量,因為這部分能量的一部分,要推動渦輪,渦輪再帶動高低壓風扇。

推動外函道低壓風扇尺寸越大(即外函道越大),消耗的熱能也就越多,燃燒室形成的高溫氣體離開發動機的出口溫度也就越低,這樣,就不會把過多的熱能帶到大氣無效消耗,發動機的效率也就更高,因此,函道比越大越節能。

民航機發動機外置,不像戰鬥機發動機裝在機身內,小機身尺寸對發動機徑向尺寸產生很大的限制,再加上經濟性對民航機運營商至關重要,民航機的條件和需求,都決定民航機會安裝大函道比發動機,即相對軸向尺寸,徑向尺寸更大的發動機,也即短而粗的發動機。


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