作业帮关于涡扇发动机几个问题再次麻烦.涡扇发动机风扇兼具螺旋桨和压气机功能,大涵道比的风扇作螺旋桨产生的推力最多可以占总推力的多大比例?为什么说涡扇发动机技术复杂,尤其是如何将风
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/04/27 14:50:08
关于涡扇发动机几个问题
再次麻烦.
涡扇发动机风扇兼具螺旋桨和压气机功能,大涵道比的风扇作螺旋桨产生的推力最多可以占总推力的多大比例?
为什么说涡扇发动机技术复杂,尤其是如何将风扇吸入的气流正确的分配给外涵道和内涵道,是极大的技术难题?
为什么大涵道比涡扇 需要更多级的压气机和更好的压比?
1、涡扇发动机风扇兼具螺旋桨和压气机功能,大涵道比的风扇作螺旋桨产生的推力最多可以占总推力的多大比例?
先说压气机的问题.风扇确实具有压气机的作用,但只是初步压缩,主要还是要靠压气机来完成.风扇的单级增压比在1.3-1.6,甚至更高,低涵道比发动机的多级风扇总压比可以到3左右,那是因为风扇和低压压气机合并的结果,而高函道比涡扇发动机现在基本都采用单级风扇,增压比能达到1.5以上.
涡扇发动机主要的推力来源肯定是燃烧产生的高速气流,大涵道比涡扇发动机内涵道喷出高温高速气体,外涵道喷出低温低速气体（虽然是低速,但仍然比进气速度快）,两者在发动机后自然混合,形成推力.其实看到风扇的密集叶片就知道其作用和螺旋桨还是有一定区别的,虽然能提供动力,但所占比例应该很小.
图上是一个典型的双转子大涵道比涡轮风扇发动机,蓝绿色为一个转子,黄色为另一个转子,中间橙红色的是燃烧室.燃烧后的高速气体带动了两个转子,通过轴使风扇、低压压气机、高压压气机转动.如果大部分推力是由风扇产生的,那就说明燃烧室后的叶片大大降低了气体的速度,从而将推力转化为转速,传递给风扇,再带动气体形成推力,完全是多此一举,能量传递的次数越多则效率越低,直接由喷气产生推力显然效率更高.所以燃烧室后的叶片只要吸收一小部分推力,形成压气机需要的转速就可以了.大涵道比涡扇发动机的动力有一部分是来自于内涵道高温高度气体使外涵道低温低速气体膨胀产生的,这部分很重要,占比应该仅次于内涵道直接产生的推力.
2、为什么说涡扇发动机技术复杂,尤其是如何将风扇吸入的气流正确的分配给外涵道和内涵道,是极大的技术难题?
内外涵道的大小就是进气流量的大小,而流量大小并不等同于涵道面积的大小.这个地方的复杂之处在于需要大量的试验,虽然大多数涡扇发动机是轴流式,但是气体的流动往往不是规则的,进入发动机的气体还是有离心或者向心的法向速度（上图中,风扇出气体的偏向就是有法向速度）,所以进气量并不完全等于涵道的面积,需要大量的试验和计算得出最佳的涵道面积比,得出最佳的进气口形状,得出风扇叶片的形状,这需要大量的试验数据支撑.
这里再说明一下涡扇发动机的增推原理.动量等于mv,而动能等于1/2mv^2,同样的动能,如果v减小一半,则m需增大到4m,就能获得两倍的动量,即消耗同样的能量,获得更大的推力,外涵道的出现就是为了增大m,而带动风扇和低压压气机的涡轮就是为了降低v.
综合“增推原理”和第一问中“大涵道比涡扇发动机的动力有一部分是来自于内涵道高温高度气体使外涵道低温低速气体膨胀产生的”,可以知道外涵道进气量的大小是非常重要的,可见涵道大小的重要性,只有最合适的大小才能发挥出发动机的最佳性能.
3、为什么大涵道比涡扇 需要更多级的压气机和更好的压比?
更大的增压比显然就是因为上面所说的“内涵道高温高度气体使外涵道低温低速气体膨胀”,内涵道的温度和推力越高,就能使外涵道喷出的气体膨胀的越厉害,从而产生更大的推力,这个性能特点在小涵道比涡扇发动机上是不具备的,过高的增压比只会降低小涵道比涡扇发动机的效率,这也是现在大小涵道比涡扇发动机设计分流的原因.