8張GIF圖，帶你看懂各類航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)原理

飛行器發(fā)動機的主要功用是為飛行器提供推進動力或支持力。按照推進動力的原理來劃分， 包括直接反作用力發(fā)動機和間接反作用力發(fā)動機。

直接反作用力發(fā)動機又叫噴氣式發(fā)動機，其工作時，從前端吸入大量的空氣，燃燒后高速噴出，通過噴出氣體的反作用力推動飛機前進。

間接反作用力發(fā)動機是由發(fā)動機帶動飛機的螺旋槳、直升機的旋翼旋轉(zhuǎn)對空氣做功，使空氣加速向后（向下）流動時，空氣對螺旋槳（旋翼）產(chǎn)生反作用力來推進飛行器。

一

航空活塞發(fā)動機

1

結(jié)構(gòu)及原理

航空活塞式發(fā)動機是利用汽油與空氣混合，在密閉的容器（氣缸）內(nèi)燃燒、膨脹做功的機械。活塞式發(fā)動機必須帶動螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推（拉）力。所以，作為飛機的動力裝置，發(fā)動機與螺旋槳是不能分割的。

活塞式發(fā)動機主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構(gòu)、螺旋槳減速器和機匣等組成。大多是四沖程發(fā)動機。

圖1 活塞發(fā)動機動畫演示圖

2

運用領(lǐng)域

在二戰(zhàn)以前，全球飛機都采用活塞式航空發(fā)動機，二戰(zhàn)結(jié)束后逐步淘汰。目前性能要求高的軍用飛機、大型客機方面，已不再采用。

但該發(fā)動機活塞式航空發(fā)動機具有能耗低、成本低的優(yōu)點，可以滿足輕型低速飛機需求，在小型低速通用飛機、超輕型飛機和軍用中低空無人機等領(lǐng)域仍得到應(yīng)用。

二

沖壓噴氣發(fā)動機

1

結(jié)構(gòu)及原理

最簡單的噴氣式發(fā)動機，利用迎面氣流進入發(fā)動機后減速，使空氣提高靜壓力的空氣噴氣發(fā)動機。它通常由進氣道（又稱擴壓器）、燃燒室和推進噴管三部分組成。

沖壓發(fā)動機壓縮空氣的方法，是靠飛行器高速飛行時的相對氣流進入發(fā)動機進氣道中減速，將動能轉(zhuǎn)變成壓力能（例如進氣速度為3倍聲速時，理論上可使空氣壓力提高37倍）。

沖壓噴氣式發(fā)動機按應(yīng)用范圍劃分，分為為亞聲速、超聲速和高超聲速三類。雖然出現(xiàn)很早，但高超聲速沖壓發(fā)動機仍然是尖端航空科學(xué)技術(shù)。

圖2 沖壓噴氣發(fā)動機動態(tài)演示圖

2

運用領(lǐng)域

該類發(fā)動機廣泛應(yīng)用在空天飛機、超音速飛機（殲擊機、轟炸機）、洲際飛航導(dǎo)彈、中程近程導(dǎo)彈和超音速靶機等領(lǐng)域，擁有巨大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

三

脈動噴氣發(fā)動機

1

結(jié)構(gòu)及原理

脈動噴氣發(fā)動機工作時，首先把壓縮空氣打入單向活門，或使發(fā)動機在空中運動，這時便有氣流進入燃燒室，然后油嘴噴油，火花塞點火燃燒。

這時長尾噴管在燃?xì)鈬姵龊螅捎谌細(xì)饬鞯膽T性作用，雖然燃燒室內(nèi)的壓強與外面大氣的壓強相等，仍會繼續(xù)向外噴，在燃燒室內(nèi)造成空氣稀薄的現(xiàn)象，使壓強顯著降低到小于大氣壓，于是空氣再次打開單向活門，流入燃燒室，噴油點火燃燒，開始第二個循環(huán)。周而復(fù)始，發(fā)動機便可不斷地工作了。

圖3 脈動噴氣發(fā)動機動態(tài)演示圖

2

運用領(lǐng)域

脈動式發(fā)動機在原地可以啟動，構(gòu)造簡單、重量輕且造價便宜。這些都是它的優(yōu)點。但它只適于低速飛行（速度極限約為800km/h），飛行高度也有限，單向活門的工作壽命短，加上振動劇烈、燃油消耗率大等，應(yīng)用受到限制。

四

渦輪噴氣發(fā)動機/渦輪風(fēng)扇發(fā)動機

1

結(jié)構(gòu)及原理

所謂渦輪，就是指風(fēng)扇，可以簡單理解渦輪發(fā)動機就是加裝了吸氣風(fēng)扇，以提高引擎效率的發(fā)動機。

渦輪噴氣發(fā)動機屬于比較早期的噴氣式發(fā)動機，油耗高，現(xiàn)在在一些老式飛機，如殲教-9飛機依然采用國產(chǎn)WP-13渦噴發(fā)動機。

圖4 渦輪噴氣發(fā)動機動態(tài)演示圖

而渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，是在渦輪噴氣發(fā)動機的的基礎(chǔ)上增加了幾級渦輪，并由這些渦輪帶動一排或幾排風(fēng)扇，風(fēng)扇后的氣流分為兩部分，一部分進入壓氣機（內(nèi)涵道）后在燃燒室中燃燒；另一部分則不經(jīng)過燃燒，直接排到空氣中（外涵道）。

圖5 渦扇噴氣發(fā)動機動態(tài)演示圖

2

運用領(lǐng)域

由于渦輪風(fēng)扇發(fā)動機一部分的燃?xì)饽芰勘挥脕韼忧岸说娘L(fēng)扇，降低了排氣速度，提高了推進效率，因此目前廣泛運用與民用客機上，比如大名鼎鼎的波音747用的就是4臺渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。

五

渦輪螺旋槳發(fā)動機

1

結(jié)構(gòu)及原理

為了提高涵道比，增加渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的效率，人們索性去掉了風(fēng)扇的外涵殼體，用螺旋槳代替了風(fēng)扇，便形成了渦輪螺旋槳發(fā)動機，簡稱渦槳發(fā)動機。渦輪螺旋槳發(fā)動機由螺旋槳和燃?xì)獍l(fā)生器組成，螺旋槳由渦輪帶動。

渦輪螺旋槳發(fā)動機的螺旋槳后的空氣流就相當(dāng)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的外涵道，由于螺旋槳的直徑比發(fā)動機大很多，氣流量也遠(yuǎn)大于內(nèi)涵道，這種發(fā)動機實際上相當(dāng)于一臺超大涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。

圖6 渦輪螺旋槳發(fā)動機動態(tài)演示圖

2

運用領(lǐng)域

渦輪螺旋槳發(fā)動機不但在海平面和飛機起飛條件下可以很好的工作，而且在大約10000米的高度，它的工作性能依然很好，由于螺旋槳效率降低的限制，它不能用于高速飛行。

目前在中速遠(yuǎn)程運輸機、旅客機、海上巡邏機和反潛機等常裝用這種發(fā)動機。比如我國最近研發(fā)成功的AG600鯤龍水上運輸機就是用的渦輪螺槳發(fā)動機。

六

渦輪軸發(fā)動機

1

結(jié)構(gòu)及原理

在工作和構(gòu)造上，渦輪軸發(fā)動機與渦輪螺槳發(fā)動機很相近。它們都是由渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的原理演變而來，只不過渦輪軸發(fā)動機將風(fēng)扇變成了直升機的旋翼。

圖7 飛機螺旋槳

2

運用領(lǐng)域

主要運用于直升機和垂直/短距起落飛機上。

七

螺旋槳風(fēng)扇發(fā)動機

1

結(jié)構(gòu)及原理

這是一種介于渦輪風(fēng)扇發(fā)動機和渦輪螺旋槳發(fā)動機之間的發(fā)動機形式，目標(biāo)是將前者的高速性能和后者的經(jīng)濟性結(jié)合起來。

螺旋槳風(fēng)扇發(fā)動機由燃?xì)獍l(fā)生器和一副螺旋槳-風(fēng)扇組成。螺旋槳-風(fēng)扇由渦輪驅(qū)動，無涵道外殼，裝有減速器，從這些來看它有一點像螺旋槳，但它的直徑比普通螺旋槳小，葉片數(shù)目也多（一般有6~8葉），葉片又薄又寬，而且前緣后掠，有些類似于風(fēng)扇葉片。

圖8 漩渦螺旋槳發(fā)動機動態(tài)演示圖

2

運用領(lǐng)域

由于轉(zhuǎn)速較高，產(chǎn)生的振動和噪音也較大，一般不運用與舒適性要求較高的客機上。安-70運輸機用的就是此類發(fā)動機。

內(nèi)容來源：科普中國、兩機動力先行

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