渦噴/渦扇/渦槳

簡單地說，從外形上看，就像搭積木一樣，把壓氣機、燃燒室和渦輪這三大核心部件裝在一根管子（術(shù)語叫做"涵道"）里面，后面再加上加力燃燒室、噴管，就是一臺標準的渦輪噴氣發(fā)動機，簡稱渦噴。在渦噴的前端加上直徑較大的螺旋槳，就是渦輪螺旋槳發(fā)動機，簡稱渦槳。將渦槳的螺旋槳外邊套上一個管子（外涵道，原來的那根管子就叫內(nèi)涵道），就成了渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，簡稱渦扇。當然，上邊說的只是為了便于理解而大大簡化的定義，而實際上遠遠沒有那么簡單，特別是從渦噴到渦扇的這一步。

渦噴、渦扇和渦槳的主要區(qū)別在于發(fā)動機的推力組成不同。

渦噴最簡單，根據(jù)牛頓第三定律--作用力等于反作用力，渦噴發(fā)動機把燃燒后的高溫高壓氣流以很高的速度排出噴管，相應(yīng)地獲得一個向前的推力。渦扇和渦槳就復(fù)雜一點了，其推力組成除了噴管排氣的推力，還要加上前面風(fēng)扇或螺旋槳向后吹風(fēng)產(chǎn)生的拉力。

更詳細地說起來，就不能不提到我們平常所說的"渦噴費油，渦扇次之，渦槳省油"。為什么這么說呢？如前所述，渦噴發(fā)動機的推力是由噴管排氣產(chǎn)生的，但是排出的這股氣流還有很高的速度、溫度和壓力。當氣流噴出噴管后，其中殘余的熱能、動能和壓力能就不能對發(fā)動機總推力有任何貢獻，所以浪費了燃油，這種浪費是十分驚人的。渦噴發(fā)動機的優(yōu)點在于：一方面，由于其迎風(fēng)面積小，故總體阻力較小，雷達反射面積也相應(yīng)減少，適合應(yīng)用于主要在地面引導(dǎo)下遂行國土防空任務(wù)的高空高速截擊機上。另一方面，隨著超視距空戰(zhàn)的發(fā)展，對戰(zhàn)斗機高速巡航性能的重視又有所回升，而阻力較小的渦噴飛機可以較容易地實現(xiàn)超音速巡航。

渦扇發(fā)動機則不同。設(shè)計師們在渦扇發(fā)動機上采取了幾點措施，有效地利用了排氣中的殘余能量。首先，在發(fā)動機前部設(shè)置風(fēng)扇，利用風(fēng)扇排氣產(chǎn)生推力。這個風(fēng)扇需要由后邊的渦輪驅(qū)動，當燃氣沖擊渦輪，驅(qū)動前部風(fēng)扇的時候，由于其對渦輪做功，氣流的溫度、速度和壓力都有所下降，這就降低了排氣的能量損失。其次，在軍用渦扇發(fā)動機上，外涵道來流（風(fēng)扇排氣）在加力燃燒室與高溫燃氣混合，被其加熱、加速、增壓，混合后排氣的總體溫度、速度和壓力進一步下降，但此時的總排氣質(zhì)量上升，大幅度增加了總推力。在目前，只要設(shè)計上需要，渦噴發(fā)動機能達到的技術(shù)指標，渦扇發(fā)動機幾乎都能達到，由于耗油率顯著降低，在航程上又具有渦噴發(fā)動機無法比擬的巨大優(yōu)勢，所以當今世界上的先進戰(zhàn)斗機均采用小涵道比的大推力渦扇發(fā)動機。

渦槳發(fā)動機的經(jīng)濟性更好。在渦槳發(fā)動機的推力構(gòu)成中，發(fā)動機排氣產(chǎn)生的推力微乎其微，甚至不到總推力的10％，燃燒室來的燃氣能量幾乎全部用來驅(qū)動前部的壓氣機和大直徑螺旋槳。于是，總體排氣的溫度、壓力都很低，甚至同周圍環(huán)境中的大氣的溫度壓力區(qū)別不大。同渦噴、渦扇相比，排氣速度也大幅下降，總排氣質(zhì)量進一步提高。于是，渦槳發(fā)動機最省油。但是渦槳為什么沒有取代渦扇，成為主流選擇呢？這是因為渦槳發(fā)動機存在難以彌補的先天缺陷：飛行速度不能太高，不可能超過音速。了解空氣動力學(xué)的朋友都知道，任何飛行器在接近音速的時候會遇到一個巨大的難題--音障。當使用渦槳發(fā)動機的飛機時速達到700～900千米時，由于螺旋槳的直徑較大，槳尖的線速度就會接近甚至超過音速，于是出現(xiàn)巨大的噪音、阻力和振動，甚至?xí)?dǎo)致發(fā)動機空中解體。音障的問題可以通過使用大后掠角槳葉的方法得到部分緩解，但無法最終解決。同時，由于渦槳發(fā)動機的巨大迎風(fēng)面積，相應(yīng)的阻力也十分巨大。因此，渦槳發(fā)動機目前只在對速度和機動性要求不高的運輸機和轟炸機上采用。