离心式涡轮喷气发动机「涡喷引擎」

时间：2023-12-16 18:16:13来源：

航空发动机作为飞机的心脏，被誉为“工业之花”，它的的优劣直接影响着飞机的性能与可靠性，我国虽然是工业大国，但在航空发动机这一块，技术发展仍旧十分缓慢，无论是军用飞机还是民用飞机，发动机技术长久以来一直受制于人。

我国自主研发的WS-10太行发动机

航空发动机种类繁杂，但是如今大面积投入商用的主要还是以涡喷/涡扇发动机为主，今天我们主要来说一说两类涡喷发动机。

▲离心式涡轮喷气发动机

▲轴流式涡轮喷气发动机

涡轮喷气发动机是涡轮机的一种，其特点是完全依赖燃气流产生动力，通常作为高速飞机或火箭的动力装置。涡喷发动机分为离心式和轴流式两种，其中离心式由英国人弗兰克·惠特尔爵士于1930年取得发明专利，但直到1941年才有第一架装有这种发动机的飞机飞上蓝天，其也没有机会参加第二次世界大战。而轴流式涡喷发动机则诞生于德国，其作为世界上第一款实用的喷气式战斗机Me-262的动力于1944末投入战场，相比起离心式涡喷发动机，轴流式具有横截面小，压缩比高的优点，当今的涡喷发动机绝大多数都为轴流式。

大体上说，涡喷发动机分为5个部分

判断一款涡喷发动机是轴流式还是离心式最简单的方法就是看压气机（压气机是向气体传输机械能、完成发动机热力循环中气体工质压缩过程，以提高气体压力的机械装置，是涡喷发动机的重要部件）。

▲A-4天鹰攻击机装备的J65涡喷发动机上的轴流式压气机

要知道涡喷工作时燃烧室的压力是十分巨大的，在燃烧室前有轴流式或离心式压气机用来给进气道吸入的空气加压,最终要加压到压力超过燃烧室内的压力,这样才能使吸入的空气进入燃烧室,如果没有压气机燃气就要从进气道倒流了。简而言之，压气机的主要作用就是将进入发动机的空气压力提高，为燃烧室提供高压空气，进而提高发动机热力循环效率。

根据气流在压气机中的流动方向，可将压气机分为轴流式压气机和离心式压气机——空气轴向流入又轴向流出压气机的称为轴流式压气机；轴向流入而沿离心方向流出的称为离心式压气机（离心式压气机的单级增压比高,体积小,不易发生喘振但是不易多级串接影响从而系统总增压比,效率也低,常用在涡轴发动机的第一级和民航客机的辅助动力装置(APU)上。轴流式压气机体积较大,单级增压比较离心式低,易喘振,但是多级串联后效率高,多用在现代的航空燃气涡轮发动机[除涡轴外]上）。

▲轴流式压气机叶片众多，使其成为喷气式发动机上辨识度最高的部件

采用离心式压气机的涡轮喷气发动机叫离心式涡轮喷气发动机，因为离心式压气机结构简单，制造方便，坚固耐用，工作稳定性好，早期的涡轮喷气发动机大多为离心式，但是由于离心式压气机单位迎风面积大，效率、增压比和空气流通能力都不如轴流式，推力也受到限制，因此在20世纪50年代以后，大中型发动机都不用离心式了，只有小型涡轮螺旋桨和涡轮轴发动机才采用离心式或轴流加离心组合式压气机。

▲美国空军XB-52和YB-52安装的8台普惠YJ57-P-3轴流涡轮喷气发动机

轴流式涡轮喷气发动机即为采用轴流式压气机的涡喷发动机，由于其效率高，增压比大，空气流通能力强，目前推力稍大一些的涡喷发动机均采用轴流式，而轴流式涡喷发动机又分为单转子和双转子发动机。

其中，单转子涡轮喷气发动机是压气机和涡轮共用一根轴的涡喷发动机，其优点是造价低廉，结构简单，但缺点是稳定工作范围窄，随着随着大推力发动机需求的日益增长，其以逐渐被双转子发动机所取代，而法国“幻影”战斗机所用的M53发动机是目前世界上唯一还在服役的单转子涡轮风扇发动机。

法国“幻影”战斗机

双转子发动机是由两个只有气动联系、且具有同心轴转子的涡轮喷气发动机，它把一台高增压比的压气机分为两台压气机即高压压气机和低压压气机，分别由各自的涡轮即高压涡轮和低压涡轮带动，以各自最佳的转速工作，形成两个只有气动联系的高、低压转子。这种发动机具有启动功率小，效率高，稳定工作范围宽，加速性好，总增压比高等优点，世界上第一台双转子涡喷发动机是1952年定型的美国J57涡轮喷气发动机。除早期发展的涡轮喷气发动机外，绝大多数涡轮喷气发动机都是双转子发动机。