效率奇高的漿扇發動機為何只有一種飛機在用？

航空發動機分很多種，其中有一種，叫做漿扇發動機，它的耗油率很低，但是世界上目前只有一種運輸機在用，這是為什麼呢？其原理又是什麼？

什麼是核心機？

要想了解槳扇發動機的原理，我們得從「核心機」開始，雖然航空發動機種類很多，但是它們基本上都是由核心機演變而來的。

發動機動畫示意圖

上圖是「渦輪噴氣發動機」，簡稱「渦噴發動機」。可以看到，它主要由5部分組成，其中，壓氣機、燃燒室和渦輪機是技術含量最高，同時也是最關鍵的3個部分。所以，人們又把「壓氣機、燃燒室和渦輪機」稱為核心機。

把核心機做不同的改裝，就成了不同種類的航空發動機。現在，我們就來「改裝」一下。

渦輪風扇發動機

上圖是「渦輪風扇發動機」的簡單示意圖，簡稱「渦扇發動機」。可以看到，它是在核心機的基礎上，也就是在壓氣機的前面加了一個大風扇得來的。

從圖上可知，渦扇發動機有兩個空氣通道，這就涉及到了涵道的概念。軍迷們對涵道比較了解，但大部分人還是不清楚，咱們就簡單說說涵道，以及涵道比。

渦扇發動機中的兩個空氣通道

渦扇發動機的兩個空氣通道分別為中間的一個，噴出來的主要是高溫燃氣，而外面一圈的為第二個空氣通道。噴出來的是溫度相對較低的氣流。

涵道比示意圖

因此，如上圖，裡面的稱為內涵道，外面的稱為外涵道。而涵道比，就很容易理解了，它是外涵道與內涵道空氣流量的比值。

通常有這樣的規律，涵道比越大越省油，經濟性就越好，高涵道比的發動機在低於音速（亞音速）時有非常好的能效，通常用於客機、運輸機等。

既然涵道比越大越省油，那麼我們很容易想到一個好辦法，那就是把前面的風扇再繼續做大一些，像下面這種：

渦輪螺旋槳發動機示意圖

上圖是把核心機的軸延伸出來，外加一個變速齒輪，然後接上一個更大的風扇，於是，它成了「渦輪螺旋槳發動機」，簡稱「渦槳發動機」。比如下圖的「C-130」大力神運輸機，就是使用渦槳發動機。

C-130巨大的風扇

還有我國的「運-8」運輸機也是採用渦槳發動機。

運-8

以及俄羅斯的戰略轟炸機「圖-95」，同樣也是採用渦槳發動機，等等。

圖-95

雖然，渦槳發動機的燃油效率通常要高於渦輪風扇發動機，但是，使用渦槳發動機的飛機速度跟使用渦輪風扇發動機的飛機比起來，要低。原因有兩點：

一是，渦槳發動機風扇的葉片比較大，這帶來的後果是，轉速不能太快。這不難理解，相同轉速下，葉片越長，葉尖的速度就越大。如果不限制轉速，當渦槳發動機的葉片接近音速時，就會導致音障的發生，產生的激波降低了發動機的效率。也正因此，絕大部分渦槳飛機的最佳速度通常在700千米每小時，但一些發動機設計新穎的飛機除外，比如俄羅斯的Tu-95和Tu-142重型飛機。可以接近音速飛行，大約926千米每小時。

二是，因為渦輪轉速很快，如果比較大的螺旋槳直接按照這個轉速旋轉，估計會崩潰，所以渦輪與螺槳之間需要有一個變速齒輪，以此降低螺槳轉速，使其葉端不超過音速。這個變速齒輪一是增加了重量，二是多少會帶來一些功率上的損耗。

為了解決以上問題，即獲得速度更快耗油率又很低的發動機，各航空大國從上個世紀就開始投入財力研製這樣一種發動機，這就是漿扇發動機。

漿扇發動機示意圖

上圖是漿扇發動機的動畫示意圖。燃油燃燒產生的動力絕大部分用來吹動後面的槳葉，這是漿扇發動機燃油經濟很卓越的原因之一。本質上，我們可以把其看成是涵道比超高的渦輪噴氣發動機。跟渦扇發動機相比，它少了變速齒輪，即少了一個減速器，結構更加緊湊。

漿扇發動機的葉片轉速很高，這就要求其葉片短小，但葉片短小的話必然動力不足，為此，只有增加更多的葉片。所以，我們看到的漿扇發動機，大都是這樣子。

漿扇發動機槳葉

上圖是「安-70」運輸機上使用的D-27漿扇發動機。「安-70」運輸機由烏克蘭與俄羅斯共同研製開發。這種飛機因為使用了漿扇發動機，推力足，同時燃油經濟性好，與同類型的軍用運輸機相比，其貨倉設計得更大，可以直接運載直升機等大型武器。

在接受烏克蘭《航空時代》雜誌採訪時，負責研製「安-70」的設計局總經理別林斯基說，同樣一批裝備，安-70隻需90架次就可以運完，而C-130J用50架次只能運完21%的裝備，伊爾-76MD用60架次也只能運完62.5%的裝備。這樣一來，在需要快速反應的局部衝突中，只需動用安－70就能應付全部運輸任務了，而C-130J和伊爾-76MD無法單獨勝任，必須有更大的運輸機提供支援。

優點與缺點

上世紀七八十年代，美、英、法等國家都開展了槳扇發動機的研究工作。而美國通用電氣公司曾在一架飛機上，使用兩種發動機進行對比試飛，結果，使用槳扇發動機時油耗下降了49%。雖然只是試驗，現實中，漿扇發動機的油耗經濟性難以高出這麼多，但不管怎樣，這告訴我們一個事實，漿扇發動機的油耗很小。裝配漿扇發動機的安-70，其以最大巡航速度飛行時，油耗比現役運輸機上使用的渦噴發動機要少20%～30%。

油耗經濟性好，只是一方面，它的另一個優點是，推力大，能讓飛機以更快速度飛行。

然而，萬事萬物都有兩面性，同理，每一種發動機都有其優點，也必然會有其不足之處。漿扇發動機的最大缺點是，雜訊比較大。這讓其難以在客機上進行推廣，因為航空公司追求的是低噪音，然後才是省油。

加上漿扇發動機研製較晚，跟其他種類的發動機相比，它在技術上還有待發展，還沒有達到爐火純青的地步，所以目前，只有安-70運輸機使用漿扇發動機。

但是，不管漿扇發動機未來如何，我們都應該樂見其成，因為它代表了唯一，代表了發動機研製上的不同道路。

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