航空燃气涡轮发动机分类

航空发动机被喻为“工业皇冠上的明珠”，工艺复杂，产量极小，生命周期为30至40年。目前，航空燃气涡轮发动机的主要分类为：

燃气涡轮喷气发动机（涡喷发动机），燃气涡轮风扇发动机（涡扇发动机），燃气涡轮轴发动机（涡轴发动机）以及燃气涡轮螺旋桨发动机（涡桨发动机）。

为了解这四种发动机的各自特点，本文对此进行初步调研并做一简要概述。

燃气涡轮发动机的基本工作原理不再赘述，可观看以下视频

https://www.bilibili.com/video/BV1Rx411s7gD/?spm_id_from=333.788.videocard.8

燃气涡轮发动机的几个主要总体参数有

推重比：发动机推力与重量之比，

耗油率：单位时间内产生1daN推力所需的燃油质量，

推进效率：将热机所产生的循环有效功转换为推进功的比例

一般对一台发动机的研发技术要求要直接规定推力大小和耗油率的上限。推力正比于空气流量以及发动机进出口气体速度差。

燃气涡轮发动机的主要部件为：

进气机匣，压气机，燃烧室，涡轮以及尾喷管。其中，压气机，燃烧室以及涡轮被称为核心机。

一，涡喷发动机

涡喷发动机的发明标志着发动机由活塞式发展至了喷气式。气体经过压缩，喷油燃烧，膨胀后高速射出产生推力。涡喷发动机的推力完全依靠高速射出的废气，且由于材料的限制，气体的燃烧为不完全燃烧，因此其耗油率高，在空气密度较低的高空，耗油率约为0.9~1.3kg/(daNh)。

为了继续增大推力，并降低耗油率，涡扇发动机诞生。

二，涡扇发动机

涡扇发动机在气流进口处有风扇，并增加了外涵道，这样一部分气流直接经外涵道加速喷出，另一部分气流在内涵道中经历了压缩燃烧膨胀过程。如前所述，发动机的推力与空气流量，气流前后速度差正相关。外涵的加入，使得空气流量增大，保证了推力的提高，并且使得排气温度和速度降低，保证了耗油率的下降。提高涵道比是提高推进效率的有效途径。

这里可能会有一个疑问，推力与速度差正相关，而外涵道的加入使得气流排气速度下降，两者是否矛盾？其实，这里推力的增加主要是依靠增大的空气流量所保证的。

涡扇发动机又分为高涵道比涡扇发动机与小涵道比涡扇发动机，前者具有更大的涵道比，即，若内涵道尺寸一致时，前者会具有更大直径的风扇。涵道比大，排气速度低，推进效率高，耗油率小，并且噪声小，因此高涵道比涡扇发动机用于民航长航程客机，运输机，而军用战斗机对发动机重量，迎风面积，单位推力有更高的要求，因此选择涵道比在0.3~0.5之间的发动机，通常还带有加力燃烧室。如下图所示为带有加力燃烧室的涡扇发动机，加力燃烧室的作用就是对涡轮出口的气体进行再次喷油燃烧，在短时间内加大推力，提高飞行速度。

三，涡桨发动机

不同于涡喷与涡扇发动机依靠排气产生推力，涡桨发动机主要依靠螺旋桨产生拉力或推力，排气所产生的推力仅占5%左右，因此具有较低的耗油率。如图所示，空气由进气口进入发动机，首先经过轴流，离心压气机的压缩，再进入燃烧室燃烧，然后经过涡轮膨胀加速，在涡喷发动机中，这时燃气将直接排出压气机产生推力，而涡桨发动机使燃气进一步通过自由涡轮带动轴旋转，并经减速器与螺旋桨相连。由于自由涡轮吸收了燃气的能量，因此排气温度和速度下降，能量损耗大大下降。虽然高速性能没有涡扇发动机理想（螺旋桨尺寸限制了飞行速度），但是在能源紧缺，燃油价格高昂的时期，涡桨发动机具有很大的优势。

四，涡轴发动机

涡轴发动机也是依靠螺旋桨产生拉力或推力，与涡桨发动机不同的是，它面向的对象主要是直升机，直升机的起降方式为垂直起降，需要大的机械轴功率。因此，为了将燃气能量最大限度地转化为机械轴功率，燃气能量几乎都被自由涡轮吸收以带动螺旋桨旋转，排出的废气温度，速度低，几乎没有推力。