渦輪風扇發動機

渦輪風扇發動機（簡稱：渦輪風扇發動機，英國：Turbofan）它是一種飛機發動機，由渦輪噴氣發動機組成（英文：turbojet）發展而成。與渦輪噴氣發動機相比，渦扇發動機的主要特點是第一級壓氣機面積大得多，并用作空氣推進器（扇），把吸入的一部分空氣通過外導管推回去。渦扇發動機最適合400到1000公里的飛行速度，所以現在大部分飛機都用渦扇發動機。

渦槳發動機排氣速度太低，推力有限，影響飛機飛行速度，需要提高噴氣發動機的效率。發動機的效率包括熱效率和推進效率（發動機排氣速度與飛行速度之比）兩個部分。增加渦輪前面的氣體溫度并增加高壓壓縮機的壓力比（轉速），可以提高熱效率。因為高溫、高密度氣體包含更多的能量。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在同一軸上的轉速，自然會提高排氣速度。而流速快的氣體在排出的時候損失了很多動能。

一般來說，渦輪噴氣發動機的排氣速度大多超過音速，而飛機大部分時間是亞音速飛行。所以單方面增加熱功率，也就是提高渦輪前的溫度，會導致推進效率下降。要全面提高發動機效率，就要解決熱效率和推進效率之間的矛盾。渦扇發動機的妙處在于，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）

渦扇發動機的結構其實就是渦噴發動機尾部增加1-2級低壓（低速）渦輪，驅動一定數量的風扇，消耗一部分渦輪噴氣發動機（核心機）排氣動能，從而進一步降低排氣速度。風扇吸入的一部分氣流像普通噴氣發動機一樣被送到壓氣機（術語稱“內涵道”另一部分直接從渦輪噴氣發動機殼體外圍排出（外涵道”因此，渦扇發動機的燃氣能量被分別分配到風扇和燃燒室產生的兩種排氣流中。此時，為了提高熱效率和提高渦輪前的溫度，可以通過適當的渦輪結構和增大風扇直徑，將更多的燃氣能量通過低壓渦輪驅動風扇轉移到外部導管氣流中，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效率，大大提高了發動機的效率。高效率意味著低油耗和更長的航程。但大風扇直徑增加了發動機的迎風面積，所以涵道比大于0.3渦扇發動機不適合超音速巡航飛行。渦扇發動機雖然降低了排氣速度，但并沒有降低推力，因為降低排氣速度的同時也增加了推力（外涵）排氣流量。從涵道比來看，渦扇發動機是渦噴發動機和渦槳發動機的折中。

渦扇發動機優點：推力大、推進效率高、噪音低、油耗率低，飛機航程遠。

缺點：風扇直徑大，迎風面積大，所以阻力大，發動機結構復雜，設計難度大。

旁通比（旁路比，也稱為旁路比）是沒有通過燃燒室的空氣質量

與通過燃燒室的空氣質量的比率。涵道比為零的渦扇發動機是渦輪噴氣發動機。早期的渦扇發動機和現代戰斗機使用的渦扇發動機都具有低涵道比。比如世界上第一臺渦扇發動機，勞斯萊斯的康威，涵道比只有0.3。大多數現代客機發動機的涵道比通常在5以上。高涵道比的渦扇發動機耗油少，但推力和渦噴發動機相當，運行時安靜很多。

當核心發動機相同時，渦扇發動機的工質（工作介質）流量介于渦噴發動機和渦槳發動機之間。渦扇發動機比渦噴發動機有更大的工作流體流量、噴射速度低、推進效率高、耗油率低、推力大。50年代研制的第一代渦扇發動機的涵道比、壓氣機壓比和燃氣溫度低，油耗僅比渦噴發動機低25%大概 0.06～ 0.07公斤/牛·時（6～0.7公斤/公斤力·時）60年代末、高涵多比誕生于20世紀70年代初（5～8）高增壓比（25～30）和高燃氣溫度（1600~1750K）第二代渦扇發動機的油耗降低到0.03～0.04公斤/牛·時（3～0.4公斤/公斤力·時）推力高達200 ~ 250 kn（20000 ~ 25000公斤力）高涵路比渦扇發動機噪音低，排氣污染少，多用作大型客機的動力裝置這種客機在11公里高空的巡航速度可以達到950公里/時。但這種高涵道比的渦扇發動機，排氣噴射速度低，迎風面積大，不適合超音速飛機。戰斗機通常使用低涵道比、帶加力的渦扇發動機在亞音速飛行時不使用加力，油耗和排氣溫度比渦噴發動機低，所以紅外輻射強度弱，不易被紅外制導導彈擊中。以2倍以上的附加力進行音速飛行時，產生的推力可以超過加力渦噴發動機，在地面標準大氣條件下推重比已經達到8左右。

渦輪風扇發動機由風扇組成、低壓壓氣機(髙涵比渦扇特有)高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪驅動壓縮機、低壓渦輪驅動風扇和排氣系統。

其中高壓壓氣機、燃燒室和高壓渦輪統稱為核心發動機核心機排出的氣體中的一部分可利用能量被轉移到低壓渦輪驅動風扇，剩下的被用于噴管加速排出的氣體。風扇轉子實際上是一個帶有一級或幾級長葉片的壓縮機空氣流過風扇后，分為兩路：一路都是內涵氣流空氣繼續被壓縮機壓縮，并在燃燒室中與燃油混合燃氣通過渦輪和噴管膨脹，燃氣從尾噴管高速排出，產生推力流動路徑通過低壓壓縮機、高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪，氣體從噴嘴排出；另一種方式是外風道氣流，風扇后的空氣通過外風道直接排入大氣或與噴嘴內部氣體一起排出。

渦扇發動機結合了渦噴發動機和渦槳發動機的優點。渦輪風扇發動機將大部分氣體能量轉化為扭矩來驅動風扇和壓縮機，其余的轉化為推力。渦扇發動機的總推力是核心發動機和風扇產生的推力之和。這種內外涵道渦扇發動機也叫內外涵道發動機。也就是說，渦扇發動機可以單獨排氣，也可以混合排氣，可短可長(全涵道)的。風扇可以由作為低壓壓縮機第一級的低壓渦輪驅動，或者可以由單獨的渦輪驅動。渦扇發動機的推力由兩部分組成：內涵產生的推力和外涵產生的推力。對于高涵多比渦扇發動機，風扇產生的推力占78%以上。通過外涵和內涵的空氣流量之比稱為涵比或流量比。涵道比對渦扇發動機的性能影響很大，涵道比高，油耗低，但發動機迎風面積大；旁路小的時候迎風面積小，但是油耗高。涵道內外兩股氣流分別排入大氣，稱為分置式渦扇發動機。混合式渦扇發動機是這樣一種發動機，內部和外部的兩股氣流在內部渦輪后面的混合器中相互滲透，并通過同一個噴嘴排入大氣。渦扇發動機也可以加裝加力燃燒室，成為加力渦扇發動機。分排渦扇發動機上的加力燃燒室可以安裝在內部渦輪后面或外部涵道中，也可以安裝在混排渦扇發動機上的混合器后面。

民航客機常用的發動機多為渦扇發動機，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)