渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)

渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱：渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，英國：Turbofan）它是一種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)組成（英文：turbojet）發(fā)展而成。與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是第一級(jí)壓氣機(jī)面積大得多，并用作空氣推進(jìn)器（扇），把吸入的一部分空氣通過外導(dǎo)管推回去。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)最適合400到1000公里的飛行速度，所以現(xiàn)在大部分飛機(jī)都用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)排氣速度太低，推力有限，影響飛機(jī)飛行速度，需要提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。發(fā)動(dòng)機(jī)的效率包括熱效率和推進(jìn)效率（發(fā)動(dòng)機(jī)排氣速度與飛行速度之比）兩個(gè)部分。增加渦輪前面的氣體溫度并增加高壓壓縮機(jī)的壓力比（轉(zhuǎn)速），可以提高熱效率。因?yàn)楦邷亍⒏呙芏葰怏w包含更多的能量。但在飛行速度不變的前提下，提高渦輪前的溫度，意味著提高渦輪葉片和壓氣機(jī)在同一軸上的轉(zhuǎn)速，自然會(huì)提高排氣速度。而流速快的氣體在排出的時(shí)候損失了很多動(dòng)能。

一般來說，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣速度大多超過音速，而飛機(jī)大部分時(shí)間是亞音速飛行。所以單方面增加熱功率，也就是提高渦輪前的溫度，會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)效率下降。要全面提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，就要解決熱效率和推進(jìn)效率之間的矛盾。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的妙處在于，既提高了渦輪前的溫度，又不提高排氣速度（通過增加低速排氣流，平均排氣速度降低）

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)其實(shí)就是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)尾部增加1-2級(jí)低壓（低速）渦輪，驅(qū)動(dòng)一定數(shù)量的風(fēng)扇，消耗一部分渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（核心機(jī)）排氣動(dòng)能，從而進(jìn)一步降低排氣速度。風(fēng)扇吸入的一部分氣流像普通噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一樣被送到壓氣機(jī)（術(shù)語稱“內(nèi)涵道”另一部分直接從渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)殼體外圍排出（外涵道”因此，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)饽芰勘环謩e分配到風(fēng)扇和燃燒室產(chǎn)生的兩種排氣流中。此時(shí)，為了提高熱效率和提高渦輪前的溫度，可以通過適當(dāng)?shù)臏u輪結(jié)構(gòu)和增大風(fēng)扇直徑，將更多的燃?xì)饽芰客ㄟ^低壓渦輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)移到外部導(dǎo)管氣流中，從而避免排氣速度的顯著增加。這樣就平衡了熱效率和推進(jìn)效率，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。高效率意味著低油耗和更長的航程。但大風(fēng)扇直徑增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)面積，所以涵道比大于0.3渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)不適合超音速巡航飛行。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)雖然降低了排氣速度，但并沒有降低推力，因?yàn)榻档团艢馑俣鹊耐瑫r(shí)也增加了推力（外涵）排氣流量。從涵道比來看，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的折中。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：推力大、推進(jìn)效率高、噪音低、油耗率低，飛機(jī)航程遠(yuǎn)。

缺點(diǎn)：風(fēng)扇直徑大，迎風(fēng)面積大，所以阻力大，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大。

旁通比（旁路比，也稱為旁路比）是沒有通過燃燒室的空氣質(zhì)量

與通過燃燒室的空氣質(zhì)量的比率。涵道比為零的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。早期的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)使用的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)都具有低涵道比。比如世界上第一臺(tái)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，勞斯萊斯的康威，涵道比只有0.3。大多數(shù)現(xiàn)代客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比通常在5以上。高涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)耗油少，但推力和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)，運(yùn)行時(shí)安靜很多。

當(dāng)核心發(fā)動(dòng)機(jī)相同時(shí)，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工質(zhì)（工作介質(zhì)）流量介于渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)之間。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)比渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)有更大的工作流體流量、噴射速度低、推進(jìn)效率高、耗油率低、推力大。50年代研制的第一代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比、壓氣機(jī)壓比和燃?xì)鉁囟鹊停秃膬H比渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)低25%大概 0.06～ 0.07公斤/牛·時(shí)（6～0.7公斤/公斤力·時(shí)）60年代末、高涵多比誕生于20世紀(jì)70年代初（5～8）高增壓比（25～30）和高燃?xì)鉁囟龋?600~1750K）第二代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗降低到0.03～0.04公斤/牛·時(shí)（3～0.4公斤/公斤力·時(shí)）推力高達(dá)200 ~ 250 kn（20000 ~ 25000公斤力）高涵路比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)噪音低，排氣污染少，多用作大型客機(jī)的動(dòng)力裝置這種客機(jī)在11公里高空的巡航速度可以達(dá)到950公里/時(shí)。但這種高涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，排氣噴射速度低，迎風(fēng)面積大，不適合超音速飛機(jī)。戰(zhàn)斗機(jī)通常使用低涵道比、帶加力的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在亞音速飛行時(shí)不使用加力，油耗和排氣溫度比渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)低，所以紅外輻射強(qiáng)度弱，不易被紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈擊中。以2倍以上的附加力進(jìn)行音速飛行時(shí)，產(chǎn)生的推力可以超過加力渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，在地面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下推重比已經(jīng)達(dá)到8左右。

渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)由風(fēng)扇組成、低壓壓氣機(jī)(髙涵比渦扇特有)高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、低壓渦輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和排氣系統(tǒng)。

其中高壓壓氣機(jī)、燃燒室和高壓渦輪統(tǒng)稱為核心發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)排出的氣體中的一部分可利用能量被轉(zhuǎn)移到低壓渦輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，剩下的被用于噴管加速排出的氣體。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子實(shí)際上是一個(gè)帶有一級(jí)或幾級(jí)長葉片的壓縮機(jī)空氣流過風(fēng)扇后，分為兩路：一路都是內(nèi)涵氣流空氣繼續(xù)被壓縮機(jī)壓縮，并在燃燒室中與燃油混合燃?xì)馔ㄟ^渦輪和噴管膨脹，燃?xì)鈴奈矅姽芨咚倥懦觯a(chǎn)生推力流動(dòng)路徑通過低壓壓縮機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪，氣體從噴嘴排出；另一種方式是外風(fēng)道氣流，風(fēng)扇后的空氣通過外風(fēng)道直接排入大氣或與噴嘴內(nèi)部氣體一起排出。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合了渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)將大部分氣體能量轉(zhuǎn)化為扭矩來驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和壓縮機(jī)，其余的轉(zhuǎn)化為推力。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的總推力是核心發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)扇產(chǎn)生的推力之和。這種內(nèi)外涵道渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)也叫內(nèi)外涵道發(fā)動(dòng)機(jī)。也就是說，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)可以單獨(dú)排氣，也可以混合排氣，可短可長(全涵道)的。風(fēng)扇可以由作為低壓壓縮機(jī)第一級(jí)的低壓渦輪驅(qū)動(dòng)，或者可以由單獨(dú)的渦輪驅(qū)動(dòng)。渦扇發(fā)動(dòng)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(duì)于高涵多比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇產(chǎn)生的推力占78%以上。通過外涵和內(nèi)涵的空氣流量之比稱為涵比或流量比。涵道比對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響很大，涵道比高，油耗低，但發(fā)動(dòng)機(jī)迎風(fēng)面積大；旁路小的時(shí)候迎風(fēng)面積小，但是油耗高。涵道內(nèi)外兩股氣流分別排入大氣，稱為分置式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。混合式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是這樣一種發(fā)動(dòng)機(jī)，內(nèi)部和外部的兩股氣流在內(nèi)部渦輪后面的混合器中相互滲透，并通過同一個(gè)噴嘴排入大氣。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)也可以加裝加力燃燒室，成為加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。分排渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上的加力燃燒室可以安裝在內(nèi)部渦輪后面或外部涵道中，也可以安裝在混排渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)上的混合器后面。

民航客機(jī)常用的發(fā)動(dòng)機(jī)多為渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，如著名的cfm56(For the  A320/B737)PW4000(For  B777/A330)GE90(For  B777)GEnX(For  B787/B748)Rolls-Roy Trent 877(forB777)trent500(For  A345/A346)trent900(For  A380)trent1000(For  B787)