空氣噴氣式發動機的演進史｜陳光談航發20

在空氣噴氣式發動機中，經過壓縮的空氣與燃料(通常為航空煤油)的混合物燃燒後產生高溫、高壓燃氣，在發動機的尾噴管中膨脹，以高速噴出，從而產生反作用推力。

流進發動機的空氣可以是由專門的壓氣機使其受到壓縮，也可以利用將高速流進發動機的空氣(例如，當飛行器以很高的速度飛行時)滯止下來而產生高壓來達到。

因此，空氣噴氣式發動機可分為無壓氣機的和有壓氣機的兩類。

a) 無壓氣機的空氣噴氣發動機

無壓氣機的空氣噴氣發動機可分為衝壓式噴氣發動機與脈動式噴氣發動機兩類，圖3-17、3-18分別示出了它們的簡圖。

圖3-17、衝壓噴氣式發動機示意圖

衝壓式噴氣發動機由進氣道(擴壓器)、燃燒室和尾噴管組成, 它利用飛行器高速飛行時，迎面氣流進入發動機後減速增壓並達到一定數值，直接進入燃燒室噴油燃燒，從燃燒室出來的高溫高壓燃氣直接進入尾噴管膨脹加速，向後噴出，產生反作用推力。

圖3-18、脈動式空氣噴氣式發動機示意圖

由於沒有壓氣機，因而也不需要渦輪，所以這種發動機的熱效率高，結構簡單、重量輕、成本低。

但其缺點是它不能在靜止狀態或低速下起動，需要用其他助推器使航空器達到一定速度後才能起動並開始有效工作，例如在飛行器上裝固體火箭發動機，或將飛行器吊裝在其它飛行中的飛機上。

按飛行速度衝壓發動機可分為亞聲速和超聲速兩種，通常用它作為導彈的動力。

脈動式噴氣發動機是空氣和燃料間歇地供入燃燒室的無壓氣機噴氣發動機。

當－股空氣頂開進氣活門進入燃燒室後，進氣話門在彈簧作用下關閉，此時噴進燃油並點火燃燒，燃燒後的高溫燃氣由尾噴管高速噴出，產生推力，並吸開進氣活門，空氣又進入發動機燃燒室，重複上述過程，因此燃燒與噴氣是斷續的。

這種發動機的優點是可以自身起動，結構簡單、重量輕、成本低，但它只適用於低速飛行，飛行高度有限，單向活門壽命短、振動大、耗油率高，只在第二次世界大戰中被納粹德國用作過V-1導彈的動力，目前除用於航空模型飛機和某些低速靶機外，尚無其他飛行器使用。

b）有壓氣機的空氣噴氣發動機

在有壓氣機的空氣噴氣發動機中，壓氣機用燃燒室後的燃氣渦輪來驅動，因此這類發動機又稱為航空燃氣渦輪發動機。

在這類發動機中，由驅動壓氣機的燃氣渦輪出來的燃氣在尾噴管中膨脹以高速噴出直接產生推力的發動機，稱為渦輪噴氣發動機（圖3-19）；

圖3-19、渦輪噴氣發動機示意圖

由驅動壓氣機的燃氣渦輪出來的燃氣，先在另一個渦輪(稱為低壓渦輪)中膨脹，以驅動一個裝在壓氣機前面的、比壓氣機直徑大的風扇(實際上就是一套葉片比壓氣機葉片長的壓氣機)，最後再在尾噴管中膨脹並以一定的速度噴出，這種發動機稱為渦輪風扇發動機。

在渦輪風扇發動機中，風扇出來的空氣，一部分流進壓氣機，經過燃燒室、渦輪由尾噴管噴出，這股氣流稱為內涵氣流，其流通部分稱內涵道；

另一部分由圍繞內涵道的外部環形通道（稱外涵道）流過，稱外涵氣流。

由於有內外兩個涵道，渦輪風扇發動機有時又稱內外涵發動機。

內外涵氣流可分別排出，也可以在排氣系統內混合排出。

圖3-21、小涵道比渦輪風扇發動機示意圖

流過外涵道與流過內涵道的空氣流量之比稱為「涵道比」，涵道比低於2～3的發動機稱小涵道比渦輪風扇發動機（圖3-21），涵道比大於4～5的稱高涵道比（或大涵道比）渦輪風扇發動機（圖3-22）。

在渦輪風扇發動機中，推力是由內、外涵兩部分的氣流產生的。

圖3-22、大涵道比渦輪風扇發動機示意圖

小涵道比渦輪風扇發動機中，外涵道產生的推力佔總推力的比例較低，在高涵道比渦輪風扇發動機中，推力主要由外涵道產生，例如涵道比為5.0的渦輪風扇發動機中，外涵道產生的推力佔總推力的80%左右。

在航空燃氣渦輪發動機中，由驅動壓氣機的渦輪出來的燃氣，先流經一個驅動減速器的渦輪，再流入尾噴管中噴出，減速器的輸出軸上安裝螺旋槳，這種發動機稱為渦輪螺旋槳發動機（圖3-23）。

圖3-23、 渦輪螺漿發動機示意圖

在航空燃氣渦輪發動機中，由驅動壓氣機的渦輪出來的燃氣，先流經一個驅動減速器的渦輪，再流入尾噴管中噴出，減速器的輸出軸以較高的轉速(約8000轉/分)與傳動直升機旋翼的主減速器相連，這種發動機稱渦輪軸發動機（圖3-24）。

還有一種介於渦輪風扇發動機與渦輪螺旋槳發動機之間的發動機，稱為槳扇發動機。

圖3-24 、渦輪軸發動機示意圖

它有兩排轉向相反的，帶一定後掠的葉片(圖3-25)，該葉片與渦輪螺旋槳發動機的槳葉來比，直徑小、葉片數多而薄；

與渦輪風扇發動機的風扇葉片相比，葉片數少而寬、厚。這種發動機省油、經濟性好, 裝它的飛機的比裝渦輪螺旋槳發動機的飛得快。

圖3-25、俄羅斯安-70運輸機的漿扇發動機

在20世紀70-80年代，許多國家都開展了這種發動機的開發、研製工作，由於世界燃油價格逐漸降低，加上這種發動機的雜訊較難解決，安全性比高涵道比渦輪風扇發動機差，因此後來紛紛下馬，暫時停止了研製工作。

但是，俄羅斯卻一直在繼續進行這種發動機的研製與開發，並研製成功用於安東諾夫設計局的新型軍用運輸機安-70的D-27槳扇發動機。

第一、二次世界大戰的天空 活塞發動機的黃金時代 | 陳光談航發19

歐洲天空中的旋轉汽缸發動機 活塞式發動機演進史 | 陳光談航發18

從泰勒到惠特爾 航空發動機演進史 | 陳光談航發17

航空多面手 巡禮直升機 | 陳光談航空 16

「空中刺客」——潛力無窮的無人機| 陳光談航空15

從大篷車到A380 世界民用飛機巡禮 | 陳光談航空 14

運輸機、加油機、艦載機|陳光談航空 13

強擊機、轟炸機——形形色色的戰鬥機 2|陳光談航空 12

看F-35降落在航母上——世界噴氣式戰鬥機演進史|陳光談航空

風箏、滑翔飛行和第一次飛上天空的有動力的飛機｜陳光談航空 10

昔日的輝煌的飛艇時代 | 陳光談航空 9