渦輪風扇發(fā)動機
自從惠特爾發(fā)明了第一臺渦輪噴氣發(fā)動機以后，渦輪噴氣發(fā)動機很快便以其強大的動力、優(yōu)異的高速性能取代了活塞式發(fā)動機，成為戰(zhàn)斗機的首選動力裝置，并開始在其他飛機中開始得到應用。
但是，隨著噴氣技術的發(fā)展，渦輪噴氣發(fā)動機的缺點也越來越突出，那就是在低速下耗油量大，效率較低，使飛機的航程變得很短。盡管這對于執(zhí)行防空任務的高速戰(zhàn)斗機還并不十分嚴重，但若用在對經(jīng)濟性有嚴格要求的亞音速民用運輸機上卻是不可接受的。
要提高噴氣發(fā)動機的效率，首先要知道什么式發(fā)動機的效率。發(fā)動機的效率實際上包括兩個部分，即熱效率和推進效率。為提高熱效率，一般來講需要提高燃氣在渦輪前的溫度和壓氣機的增壓比，但在飛機的飛行速度不變的情況下，提高渦輪前溫度將會使噴氣發(fā)動機的排氣速度增加，導致在空氣中損失的動能增加，這樣又降低了推進效率。由于熱效率和推進效率對發(fā)動機循環(huán)參數(shù)矛盾的要求，致使渦輪噴氣發(fā)動機的總效率難以得到較大的提升。
那么，如何才能同時提高噴氣發(fā)動機的熱效率和推進效率，也就是怎樣才能既提高渦輪前溫度又至少不增加排氣速度呢？答案就是采用渦輪風扇發(fā)動機。這種發(fā)動機在渦輪噴氣發(fā)動機的的基礎上增加了幾級渦輪，并由這些渦輪帶動一排或幾排風扇，風扇后的氣流分為兩部分，一部分進入壓氣機（內(nèi)涵道），另一部分則不經(jīng)過燃燒，直接排到空氣中（外涵道）。由于渦輪風扇發(fā)動機一部分的燃氣能量被用來帶動前端的風扇，因此降低了排氣速度，提高了推進效率，而且，如果為提高熱效率而提高渦輪前溫度后，可以通過調(diào)整渦輪結構參數(shù)和增大風扇直徑，使更多的燃氣能量經(jīng)風扇傳遞到外涵道，就不會增加排氣速度。這樣，對于渦輪風扇發(fā)動機來講，熱效率和推進效率不再矛盾，只要結構和材料允許，提高渦輪前溫度總是有利的。
目前航空用渦輪風扇發(fā)動機主要分兩類，即不加力式渦輪風扇發(fā)動機和加力式渦輪風扇發(fā)動機。前者主要用于高亞音速運輸機，后者主要用于殲擊機，由于用途不同，這兩類發(fā)動機的結構參數(shù)也大不相同。
不加力式渦輪風扇發(fā)動機不僅渦輪前溫度較高，而且風扇直徑較大，涵道比可達8以上，這種發(fā)動機的經(jīng)濟性優(yōu)于渦輪噴氣發(fā)動機，而可用飛行速度又比活塞式發(fā)動機高，在現(xiàn)代大型干線客機、軍用運輸機等最大速度為M0.9左右的飛機中得到廣泛的應用。根據(jù)熱機的原理，當發(fā)動機的功率一定時，參加推進的工質(zhì)越多，所獲得的推力就越大，不加力式渦輪風扇發(fā)動機由于風扇直徑大，空氣流量就大，因而推力也較大。同時由于排氣速度較低，這種發(fā)動機的噪音也較小。
加力式渦輪風扇發(fā)動機在飛機巡航中是不開加力的，這時它相當于一臺不加力式渦輪風扇發(fā)動機，但為了追求高的推重比和減小阻力，這種發(fā)動機的涵道比一般在1.0以下。在高速飛行時，發(fā)動機的加力打開，外涵道的空氣和渦輪后的燃氣一同進入加力燃燒室噴油后再次燃燒，使推力可大幅度增加，甚至超過了加力式渦輪噴氣發(fā)動機，而且隨著速度的增加，這種發(fā)動機的加力比還會上升，并且耗油率有所下降。加力式渦輪風扇發(fā)動機由于具有這種低速時較油耗低，開加力時推重比大的特點，目前已在新一代殲擊機上得到廣泛應用。
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