效率奇高的浆扇发动机为何只有一种飞机在用？
航空发动机分很多种，其中有一种，叫做浆扇发动机，它的耗油率很低，但是世界上目前只有一种运输机在用，这是为什么呢？其原理又是什么？
什么是核心机？
要想了解桨扇发动机的原理，我们得从“核心机”开始，虽然航空发动机种类很多，但是它们基本上都是由核心机演变而来的。
上图是“涡轮喷气发动机”，简称“涡喷发动机”。可以看到，它主要由5部分组成，其中，压气机、燃烧室和涡轮机是技术含量最高，同时也是最关键的3个部分。所以，人们又把“压气机、燃烧室和涡轮机”称为核心机。
把核心机做不同的改装，就成了不同种类的航空发动机。现在，我们就来“改装”一下。
上图是“涡轮风扇发动机”的简单示意图，简称“涡扇发动机”。可以看到，它是在核心机的基础上，也就是在压气机的前面加了一个大风扇得来的。
从图上可知，涡扇发动机有两个空气通道，这就涉及到了涵道的概念。军迷们对涵道比较了解，但大部分人还是不清楚，咱们就简单说说涵道，以及涵道比。
涡扇发动机的两个空气通道分别为中间的一个，喷出来的主要是高温燃气，而外面一圈的为第二个空气通道。喷出来的是温度相对较低的气流。
因此，如上图，里面的称为内涵道，外面的称为外涵道。而涵道比，就很容易理解了，它是外涵道与内涵道空气流量的比值。
通常有这样的规律，涵道比越大越省油，经济性就越好，高涵道比的发动机在低于音速（亚音速）时有非常好的能效，通常用于客机、运输机等。
既然涵道比越大越省油，那么我们很容易想到一个好办法，那就是把前面的风扇再继续做大一些，像下面这种：
上图是把核心机的轴延伸出来，外加一个变速齿轮，然后接上一个更大的风扇，于是，它成了“涡轮螺旋桨发动机”，简称“涡桨发动机”。比如下图的“C-130”大力神运输机，就是使用涡桨发动机。
还有我国的“运-8”运输机也是采用涡桨发动机。
以及俄罗斯的战略轰炸机“图-95”，同样也是采用涡桨发动机，等等。
虽然，涡桨发动机的燃油效率通常要高于涡轮风扇发动机，但是，使用涡桨发动机的飞机速度跟使用涡轮风扇发动机的飞机比起来，要低。原因有两点：
一是，涡桨发动机风扇的叶片比较大，这带来的后果是，转速不能太快。这不难理解，相同转速下，叶片越长，叶尖的速度就越大。如果不限制转速，当涡桨发动机的叶片接近音速时，就会导致音障的发生，产生的激波降低了发动机的效率。也正因此，绝大部分涡桨飞机的最佳速度通常在700千米每小时，但一些发动机设计新颖的飞机除外，比如俄罗斯的Tu-95和Tu-142重型飞机。可以接近音速飞行，大约926千米每小时。
二是，因为涡轮转速很快，如果比较大的螺旋桨直接按照这个转速旋转，估计会崩溃，所以涡轮与螺桨之间需要有一个变速齿轮，以此降低螺桨转速，使其叶端不超过音速。这个变速齿轮一是增加了重量，二是多少会带来一些功率上的损耗。
为了解决以上问题，即获得速度更快耗油率又很低的发动机，各航空大国从上个世纪就开始投入财力研制这样一种发动机，这就是浆扇发动机。
上图是浆扇发动机的动画示意图。燃油燃烧产生的动力绝大部分用来吹动后面的桨叶，这是浆扇发动机燃油经济很卓越的原因之一。本质上，我们可以把其看成是涵道比超高的涡轮喷气发动机。跟涡扇发动机相比，它少了变速齿轮，即少了一个减速器，结构更加紧凑。
浆扇发动机的叶片转速很高，这就要求其叶片短小，但叶片短小的话必然动力不足，为此，只有增加更多的叶片。所以，我们看到的浆扇发动机，大都是这样子。
上图是“安-70”运输机上使用的D-27浆扇发动机。“安-70”运输机由乌克兰与俄罗斯共同研制开发。这种飞机因为使用了浆扇发动机，推力足，同时燃油经济性好，与同类型的军用运输机相比，其货仓设计得更大，可以直接运载直升机等大型武器。
在接受乌克兰《航空时代》杂志采访时，负责研制“安-70”的设计局总经理别林斯基说，同样一批装备，安-70只需90架次就可以运完，而C-130J用50架次只能运完21%的装备，伊尔-76MD用60架次也只能运完62.5%的装备。这样一来，在需要快速反应的局部冲突中，只需动用安－70就能应付全部运输任务了，而C-130J和伊尔-76MD无法单独胜任，必须有更大的运输机提供支援。
优点与缺点
上世纪七八十年代，美、英、法等国家都开展了桨扇发动机的研究工作。而美国通用电气公司曾在一架飞机上，使用两种发动机进行对比试飞，结果，使用桨扇发动机时油耗下降了49%。虽然只是试验，现实中，浆扇发动机的油耗经济性难以高出这么多，但不管怎样，这告诉我们一个事实，浆扇发动机的油耗很小。装配浆扇发动机的安-70，其以最大巡航速度飞行时，油耗比现役运输机上使用的涡喷发动机要少20%～30%。
油耗经济性好，只是一方面，它的另一个优点是，推力大，能让飞机以更快速度飞行。
然而，万事万物都有两面性，同理，每一种发动机都有其优点，也必然会有其不足之处。浆扇发动机的最大缺点是，噪声比较大。这让其难以在客机上进行推广，因为航空公司追求的是低噪音，然后才是省油。
加上浆扇发动机研制较晚，跟其他种类的发动机相比，它在技术上还有待发展，还没有达到炉火纯青的地步，所以目前，只有安-70运输机使用浆扇发动机。
但是，不管浆扇发动机未来如何，我们都应该乐见其成，因为它代表了唯一，代表了发动机研制上的不同道路。
- 发表于 2015-06-16 00:00
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