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活塞式发动机和喷气式发动机区别(飞机主流发动机类型)

时间:2024-11-15 09:06:01

飞机发动机主要有几个大类。

早期以活塞发动机为主。

活塞发动机其实就是传统内燃机,后期发展中缸体布置和汽车上的不一样,但是其原理并无不同,属于传统内燃机。

活塞发动机基本都是以螺旋桨为驱动模式,巅峰是在二战时期。现在小型机或者无人机上还有一些应用,优点是省油。缺点是功率上限,高速性能弱。

还有一种是冲压发动机,适用于高空高速飞行器,结构简单体积小,动力充足但是油耗高,低速性能差,并且需要初始速度才能用,所以飞机很少用,一些导弹会采用这类发动机。

现在飞机主流发动机是涡轮发动机。

涡轮发动机又分成涡喷(涡轮喷气发动机)、涡扇(涡轮风扇发动机)、涡桨(涡轮螺旋桨)发动机、涡轴(涡轮轴发动机),其机构原理都非常接近的。

因为其特点各有不同使用场景和适用机型。

涡轮发动机这个系列,基本都是从最早的涡轮喷气发动机开端。

涡轮喷气式发动机是最早的喷气式发动机,其源头可以追溯到二战时期的英国流星战斗机和德国的ME262。

涡喷本身原理不复杂。

燃油在燃烧室燃烧以后,高温气体向后喷出,带动燃烧室后面的涡轮旋转,这个涡轮和前面的进气压气机通过一个轴连接,也就是喷气本身也能带来前面进气动力,这样就能保证大量空气进入燃烧室。

这种发动机的动力,全部来自于向后喷出的气体。

因为后部涡轮,所以叫做涡轮喷气式发动机。

图中的加力燃烧室部分,是在飞机需要额外动力时候,可以向这里喷入燃油,在这里燃烧增加更多向后喷出气体。

这个可以获得额外动力,当然缺点是非常费油。

涡喷发动机相对结构简单,体积小,高空高速性能好,但是缺点是太费油,所以现在使用较少了。

现在主流喷气式发动机是涡扇发动机。

涡轮风扇发动机是在涡喷发动机基础上,增加了一个进气风扇,风扇进入的气体一部分通过压气机进入燃烧室,和涡喷一样。

另一部分风扇压入的空气通过外涵道向后喷出,提供另部分动力。

涡扇发动机的优势在于相对涡喷更省油,燃气动力利用更充分,现在主流航空喷气式发动机基本都是涡扇发动机。

当然,相对来说涡扇体积会略大一点,也就是小型化不如涡喷。

涡浆发动机其实是涡扇发动机的一个变型。

把涡扇发动机前端的风扇外置,不再设外涵道,直接加大这个风扇,也就是将主要动力通过减速装置传导到这个前面风扇上,让风扇螺旋桨为主要的动力,其外观如同传统螺旋桨飞机一样。

其后面喷管也会有部分燃气喷出,提供额外的动力。

这个结构最大的好处是燃油利用率更高,也就是比涡扇还省油。

缺点毫无疑问就是和传统螺旋桨飞机一样,速度提升有极限,螺旋桨翼尖超音速阻力过高,所以最终导致涡桨飞机基本不可能超音速。

这种发动机常用在大型运输机、轰炸机上,已充分利用其燃油高效。

经典的图95轰炸机以及欧洲A400战略运输机都是这种发动机。

最后一种,是涡轮轴发动机。

这个就是在涡扇的基础上,通过多级涡轮(包含自由涡轮)把所有喷气动力全部转化成轴动力,带动轴上的大螺旋桨产生动力。

这种发动机最大好处是燃油利用率高,其特点是基本完全没有喷气动力产生。

所以喷气方向基本不受限。

这种发动机,最常见的就是使用在直升机上。

这四种发动机,从燃油效率来说,涡桨涡扇强于涡扇,涡扇又强于涡喷。

但是极限速度涡桨和涡轴都受限。

至于涡桨和涡轴算不算喷气式发动机,这个争议比较多。

涡桨主要动力输出是螺旋桨,喷气部分动力一般只有20-30%,而涡轴更是几乎不产生喷气动力,所以这两种算喷气式发动机是比较勉强地。

当然,涡桨和涡轴其原理和涡喷涡扇没什么区别,所以可以看作是喷气式发动机的变形体。