渦扇和渦槳的區別主要是推進方式不一樣,一個是螺旋槳拉著飛機走,一個是風扇拉著走和渦輪噴氣推著飛機走。外觀上有螺旋槳的飛機發動機就是渦槳發動機,而沒有螺旋槳的飛機就是渦扇發動機了。不過渦扇和渦槳發動機都是用的渦輪噴氣機作為發動機的核心機,只是主動力輸出上不一樣,渦槳發動機主要依靠螺旋槳的旋轉為飛機提供動力,而渦扇的話則是依靠風扇和核心機共同作用為飛機提供動力。
渦槳發動機和渦扇發動機構造上的區別是什么?
渦槳發動機是在噴氣發動機的基礎上加上減速齒輪和螺旋槳共同構成。核心機部分有進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管。渦槳發動機核心機啟動之后帶動壓氣機吸入空氣,通過壓氣機對空氣進行壓縮,然后高壓氣體進入燃燒室和燃料混合燃燒。燃燒室燃料燃燒之后產生大量的高溫高壓的氣體。高溫高壓的氣體進入渦輪帶動渦輪旋轉的同時從尾噴管噴出。渦輪旋轉的速度很高,不過螺旋槳的轉速不過才每分鐘一千轉左右,所以共轉軸帶動螺旋槳旋轉的時候,必須經過減速齒輪的速度轉換才行。需要指出的是,渦槳發動機螺旋槳的轉速和傳統活塞式螺旋槳的轉速是不一樣的,二戰時期的螺旋槳飛機動力是活塞式的,轉速可以調節。而渦輪螺旋槳的槳葉轉速相對來說比較固定。每分鐘大概1000轉左右!
渦扇發動機和渦槳發動機共用一個“渦”字,其動力的核心機是差不多的。只是渦扇發動機的核心機有兩個渦輪,一個低壓渦輪,一個高壓渦輪。低壓渦輪帶動發動機前部的風扇旋轉,而高壓渦輪則直接噴出燃燒后的高溫高壓空氣為發動機提供動力。渦扇發動機的前部風扇通過一個整流罩罩住,而這個整流罩和核心機之間有一個通道,就是大家常說的外涵道。在渦扇發動機工作的時候,前部風扇旋轉吸入空氣一部分進入了渦輪核心機,一部分通過外涵道排出。渦扇發動機工作時,動力來源有外涵道部分風扇提供的反作用力和高壓渦輪燃氣噴出的反作用力。
在結構上看,渦扇發動機看不到螺旋槳,而在整流罩內的風扇可以簡單理解為渦槳發動機的螺旋槳。
渦扇發動機和渦槳發動機各自的優缺點是什么?
先來說渦槳發動機,大家肯定很疑惑為何二戰時期的活塞式發動機已經很成熟,為何還要發展渦槳發動機呢?活塞式螺旋槳發動機由于有往復運動的活塞氣缸提供動力,相對渦槳發動機的渦輪旋轉來說,穩定性差了一些。再一個是轉速,渦槳發動機轉速遠高于活塞式發動機,前者可以達到上萬轉,而后者最多只有三四千轉,所以渦槳發動機在功率上可以做的更大。最重要的一點是功重比比較高,功重比說的是發動機對外做功的功率和自身重量的對比,同樣重量的兩款發動機,渦槳發動機功重比數倍于活塞式螺旋槳,也就是說,渦槳發動機可以做的更輕。另外就是發動機的零部件比活塞式少了很多,維修也比較方便。在油耗方面,兩者相差不大,渦槳稍微費油一點,不過也僅僅只是一點點而已,和渦槳的優點相比,不算什么。另外在飛行高度上,因為更大的輸出功率,渦槳發動機相對活塞式螺旋槳飛機可以飛得更高!傳統活塞式發動機只能飛幾千米已經是極限了,而裝備渦槳發動機的飛機具備在萬米高空飛行的能力!
渦扇發動機是發動機發展道路上的巔峰,在活塞式螺旋槳時代,飛機主要是依靠螺旋槳拉著飛機走。渦輪螺旋槳飛機雖然相比活塞式功率更大了,但是存在明顯的缺陷,那就是飛機無法超音速。因為螺旋槳的巨大迎風面積讓渦槳發動機的功率無論怎么加大,飛機都無法超過音速。裝備渦槳發動機的飛機強行超音速飛行會因為螺旋槳的應力過大發生飛機在空中解體的事故。所以在戰機對速度要求越來越高的時代,摒棄螺旋槳設計就成了一種趨勢。噴氣發動機由此誕生。
最初的噴氣發動機是渦輪內燃燒后從尾噴管噴出,動力來源全部是發動機的燃燒能。這種發動機被叫做渦輪噴氣發動機,我們一般簡單地將其稱為渦噴發動機。像大家熟知的殲7等大量的二代飛機就是采用的渦噴發動機。這種飛機可以很輕易的超音速,但是由于動力原因比較費油。所以渦噴發動機時代的戰機作戰半徑普遍比較近。那么有沒有既省油又可以滿足飛機高速飛行的發動機呢?渦扇發動機由此而來。
渦扇發動機可以說集成了渦槳發動機渦噴發動機的共同優點。在具備渦噴發動機動力基礎的條件下,比渦噴發動機省油。又比渦槳發動機的推重比更好。所以現代戰機一般都采用渦扇發動機。不過渦槳發動機的缺點雖然存在,但是并非是一無是處。相對來說,很多對飛行速度要求不那么高的輔助型飛機還是可以采用渦槳發動機的,比如運輸機,預警機,加油機,客機等等。這些飛機對飛行速度沒有那么高的要求,同時燃油經濟性比較好,是可以采用渦槳發動機的!另外在民用領域,渦槳發動機還有很大的使用空間,一個是燃油經濟性,另一個是這種飛機的低速性能優秀!民用的話大部分時候對飛機的速度并沒有過大的要求!
渦扇發動機相對渦槳發動機的優點是顯而易見的,輸出功率更大,可以為飛機提供超音速飛行的動力基礎。但是并非是一無是處,相對渦槳發動機而言還是比較費油的。渦槳的低速性能更好,但是在超音速性能上,渦扇發動機要比渦槳好得多。但是渦扇發動機畢竟有前部迎風面巨大的風扇,所以在超音速性能上最好的還是渦噴發動機。不過我們今天不討論渦噴發動機,就暫時不談這個問題了。
我國在這兩種發動機技術上看在世界處于什么水平?
渦扇發動機大家都比較了解了,軍迷經常探討的渦扇10,渦扇15等的性能已經達到了世界領先的水平,在發動機的性能上已經和美國沒有了代差,僅僅只是基礎設計和壽命方面還有比較大的差距。不過我國的渦槳發動機相信了解的人并不多。今天我們來看看在渦槳發動機領域我國的技術基礎怎么樣!
需要指出的是,我們現在熟知的國產螺旋槳飛機大多采用的是渦槳6發動機,這款發動機是上世紀60年代末開始生產的,裝備在我國的運7運8等運輸機上,大家熟知的AG600裝備的也是這款發動機。不過這款發動機現在看來存在輸出功率小,油耗高的缺點,相比世界先進水平有很大的差距。
不過我們不可能永遠在發動機領域落后于人,就像渦扇10和渦扇15的成熟一樣,我國在渦槳發動機領域也有世界領先的發動機,這就是AEP500。這款發動機的功率據說在5000KW以上,相對于渦槳6最新改進型的3500KW有質的提高。另外在油耗方面比渦槳6的最新型號減少一半,是一款處于世界先進水平的渦槳發動機。這款發動機將助力我國研制出裝備渦槳發動機的大型運輸機。大家熟知的美國的C130大力神運輸機的發動機功率不過才3460KW,我們可以依托AEP500渦槳發動機可以毫不費力地研制出100噸級別的國產大力神運輸機,比美國C130的載重量會大30%以上。
不過我們的最新型號并不是世界上最先進的,我們必須承認差距的存在。歐洲的A400型運輸機發動機的功率是11000馬力,我們的AEP500可以達到7000馬力的輸出功率。在輸出功率上還有很大的差距。
追趕永不停歇,這就是我國航空發動機工業的現狀。總體來說,我國基本上解決了所有軍用發動機的有無問題,在大部分領域世界領先,但是并不是技術最好的。美國,俄羅斯和英國在航空發動機領域還領先我們不少。不過我相信我們的航空發動機領域不會停下前進的腳步,總有一天,我們會站在這個工業頂尖領域的巔峰!