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渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，又稱“渦扇發(fā)動機(jī)”。是指由噴管噴射出的燃?xì)馀c風(fēng)扇排出的空氣共同產(chǎn)生反作用推力的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。由壓氣機(jī)、燃燒室、髙壓渦輪（驅(qū)動壓氣機(jī)）、低壓渦輪（驅(qū)動風(fēng)扇）和排氣系統(tǒng)組成。其中前3部分稱為“核心機(jī)”，由核心機(jī)流出的燃?xì)庵械目捎媚芰?，一部分用于帶動低壓渦輪以驅(qū)動風(fēng)扇，一部分在噴管中用以加速噴出的燃?xì)?。涵道比與耗油率關(guān)系密切。20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)的*代渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，涵道比、壓氣機(jī)增壓比和渦輪前燃?xì)鉁囟榷急容^低。

簡介

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三種發(fā)動機(jī)的比較

渦槳發(fā)動機(jī)的排氣速度太低，推力有限，同時影響飛機(jī)提高飛行速度，因此必需提高噴氣發(fā)動機(jī)的效率。發(fā)

渦槳發(fā)動機(jī)(16張)

 動機(jī)的效率包括熱效率和推進(jìn)效率（引擎排氣速度與飛行速度之比）兩個部分。提高燃?xì)庠跍u輪前的溫度和高壓壓氣機(jī)的增壓比（轉(zhuǎn)速），就可以提高熱效率。因為高溫、高密度的氣體包含的能量要大。但是，在飛行速度不變的前提下，提高渦輪前溫度，意味著提高渦輪葉片以及在同一根軸上的壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，自然會使排氣速度加大。而流速快的氣體在排出時動能損失大。

一般渦噴發(fā)動機(jī)的排氣速度大多超過音速，而飛機(jī)大多數(shù)時候是在亞音速飛行。因此，片面地加大熱功率，即加大渦輪前溫度，會導(dǎo)致推進(jìn)效率的下降。要全面提高發(fā)動機(jī)效率，必需解決熱效率和推進(jìn)效率這一對矛盾。渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的妙處，就在于既提高了渦輪前溫度，又不增加排氣速度（通過增加低速的排氣流量，降低平均排氣速度）。

渦扇發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)，實際上就是渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的后方再增加了1-2級低壓（低速）渦輪，這些渦輪帶動一定數(shù)量的風(fēng)扇，消耗掉一部分渦噴發(fā)動機(jī)（核心機(jī)）的燃?xì)馀艢鈩幽埽瑥亩M(jìn)一步降低燃?xì)馀懦鏊俣?。風(fēng)扇吸入的氣流一部分如普通噴氣發(fā)動機(jī)一樣，送進(jìn)壓氣機(jī)（術(shù)語稱“內(nèi)涵道”），另一部分則直接從渦噴發(fā)動機(jī)殼外圍向外排出（“外涵道”）。因此，渦扇發(fā)動機(jī)的燃?xì)饽芰勘环峙傻搅孙L(fēng)扇和燃燒室分別產(chǎn)生的兩種排氣氣流上。這時，為提高熱效率而提高渦輪前溫度，可以通過適當(dāng)?shù)臏u輪結(jié)構(gòu)和增大風(fēng)扇直徑，使更多的燃?xì)饽芰拷?jīng)低壓渦輪驅(qū)動風(fēng)扇傳遞到外涵道氣流，從而避免大幅增加排氣速度。這樣，熱效率和推進(jìn)效率取得了平衡，發(fā)動機(jī)的效率得到*提高。效率高就意味著油耗低，飛機(jī)航程變得更遠(yuǎn)。但是大風(fēng)扇直徑增加了發(fā)動機(jī)的迎風(fēng)面積，所以涵道比大于0.3的渦扇發(fā)動機(jī)不適合超音速巡航飛行。雖然渦扇發(fā)動機(jī)降低了排氣速度，但并未降低推力，因為降低排氣速度的同時增加了（外涵）排氣流量。從涵道比的角度看，渦扇發(fā)動機(jī)是渦噴發(fā)動機(jī)和渦槳發(fā)動機(jī)的折中。

渦扇發(fā)動機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

運(yùn)行示意圖

渦扇發(fā)動機(jī)優(yōu)點(diǎn)：推力大、推進(jìn)效率高、噪音低、燃油消耗率低，飛機(jī)航程遠(yuǎn)。

缺點(diǎn)：風(fēng)扇直徑大，迎風(fēng)面積大，因而阻力大，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計難度大。 [2] 

原理

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涵道比

旁通比（Bypass ratio，也稱涵道比）是不經(jīng)過燃燒室的空氣質(zhì)量

渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)原理圖

與通過燃燒室的空氣質(zhì)量的比值。旁通比為零的渦扇引擎即是渦輪噴氣引擎。早期的渦扇引擎和現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)使用的渦扇引擎涵道比都較低。例如世界上*款渦扇引擎，勞斯萊斯的Conway，其涵道比只有0.3?，F(xiàn)代多數(shù)民航客機(jī)引擎的涵道比通常都在5以上。涵道比高的渦輪扇引擎耗油較少，但推力卻與渦輪噴氣引擎相當(dāng)，且運(yùn)轉(zhuǎn)時還安靜得多。

核心機(jī)相同時，渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的工質(zhì)（工作介質(zhì)）流量介于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)之間。渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)比渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的工質(zhì)流量大、噴射速度低、推進(jìn)效率高、耗油率低、推力大。50年代發(fā)展的*代渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，其涵道比、壓氣機(jī)增壓比和燃?xì)鉁囟榷驾^低，耗油率比渦輪噴氣發(fā)動機(jī)僅低25%左右，大約為 0.06～ 0.07公斤/牛·時（0.6～0.7公斤/公斤力·時）。60年代末、70年代初發(fā)展了高涵道比（5～8）、高增壓比（25～30）和高燃?xì)鉁囟?（1600～1750K）的第二代渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，耗油率降低到0.03～

渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)(13張)

 0.04公斤/牛·時（0.3～0.4公斤/公斤力·時），推力則高達(dá)200～250千牛（20000～25000公斤力）。高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的噪聲低，排氣污染小，多用作大型客機(jī)的動力裝置，這種客機(jī)在11公里高度的巡航速度可達(dá)950公里/時。但這種高涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的排氣噴射速度低，迎風(fēng)面積大，不宜用于超音速飛機(jī)上。戰(zhàn)斗機(jī)通常使用低涵道比、帶加力燃燒室的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，在亞音速飛行時不使用加力燃燒室，耗油率和排氣溫度都比渦輪噴氣發(fā)動機(jī)低，因而紅外輻射強(qiáng)度較弱，不易被紅外制導(dǎo)的導(dǎo)擊中。使用加力作2倍以上音速的飛行時，產(chǎn)生的推力可超過加力渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，地面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的推重比已達(dá)8左右。 [3] 

工作原理

渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)由風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)(髙涵比渦扇*)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、驅(qū)動壓氣機(jī)的高壓渦輪、驅(qū)動風(fēng)扇的低壓渦輪和排氣系統(tǒng)組成。

其中高壓壓氣機(jī)、燃燒室和高壓渦輪三部分統(tǒng)稱為核心機(jī)，由核心機(jī)排出的燃?xì)庵械目捎媚芰?，一部分傳給低壓渦輪用以驅(qū)動風(fēng)扇，余下的部分在噴管中用于加速排出的燃?xì)?。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子實際上是1級或幾級葉片較長的壓氣機(jī)，空氣流過風(fēng)扇后，分成兩路：一路是內(nèi)涵氣流，空氣繼續(xù)經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，在燃燒室和燃油混合燃燒，燃?xì)饨?jīng)渦輪和噴管膨脹，燃?xì)庖愿咚購奈矅娍谂懦?，產(chǎn)生推力，流經(jīng)路程為經(jīng)低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪，燃?xì)鈴膰姽芘懦?；另一路是外涵氣流，風(fēng)扇后空氣經(jīng)外涵道直接排入大氣或同內(nèi)涵燃?xì)庖黄鹪趪姽芘懦觥?/p>

渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)組合了渦輪噴氣和渦輪螺槳發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。渦扇發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)換大部分的燃?xì)饽芰砍沈?qū)動風(fēng)扇和壓氣機(jī)的扭矩，其余的轉(zhuǎn)換成推力。渦扇發(fā)動機(jī)的總推力是核心發(fā)動機(jī)和風(fēng)扇產(chǎn)生的推力之和。這種有內(nèi)外二個涵道的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)又稱為內(nèi)外涵發(fā)動機(jī)。也就是說，渦扇發(fā)動機(jī)可以是分開排氣的或混合排氣的，可以是短外涵的或長外涵(全涵道)的。 風(fēng)扇可作為低壓壓氣機(jī)的第1級由低壓渦輪驅(qū)動，也可以由單獨(dú)的渦輪驅(qū)動。 渦扇發(fā)動機(jī)的推力由兩部分組成：內(nèi)涵產(chǎn)生的推力和外涵產(chǎn)生的推力。對于高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)，風(fēng)扇產(chǎn)生的推力占78%以上。流經(jīng)外涵和內(nèi)涵的空氣流量之比稱為涵道比或流量比。涵道比對渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)性能影響較大，涵道比大，耗油率低，但發(fā)動機(jī)的迎風(fēng)面積大；涵道比較小時，迎風(fēng)面積小，但耗油率大。內(nèi)外涵兩股氣流分開排入大氣的稱為分排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。內(nèi)外涵兩股氣流在內(nèi)涵渦輪后的混合器中相互滲混后通過同一噴管排入大氣的，稱為混排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)也可安裝加力燃燒室，成為加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。在分排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)上的加力燃燒室可以分別安裝在內(nèi)涵渦輪后或外涵通道內(nèi)，在混排式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)上則可裝在混合器后面。 [2] 

我們常見的民航客機(jī)所采用的發(fā)動機(jī)，多半是分別排氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，比如*的cfm56(for A320/B737)；PW4000(for B777/A330)；GE90(for B777)；GEnX(for B787/B748)；Rolls-Royce trent877(forB777)；trent500(for A345/A346)；trent900(for A380)；trent1000(for B787)。