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第7章涡轮风扇发动机
Turbo-fan engine

Introduction
涡轮风扇发动机简称涡扇发动机,又称为双路式涡轮喷气发动机或内外函式涡轮喷气发动机。是目前广泛使用的航空燃气轮机之一。
20世纪50年代初期用涡轮螺桨发动机代替活塞式航空发动机,用于旅客机和运输机。但是当时的涡轮螺桨发动机,由于螺桨设计的原因,不适宜于在高亚声速条件下飞行。为了提高飞机的飞行速度,50年代中期开始发展涡轮风扇发动机。
    涡轮风扇发动机有内外二个函道,在内函燃气发生器后面增加动力涡轮,将燃气发生器产生的一部分或大部分可用功,通过动力涡轮传递给外函通道中的压气机(或称风扇)。
涡轮风扇发动机的优点:涡轮风扇发动机的外函风扇处于飞机进气道内,可以在跨声速或超声速飞行时工作,避免了螺桨在高亚声速飞行时效率低的缺点,它与涡轮喷气发动机相比较,由于将可用功分配给较多的空气,降低了尾喷管气流的喷射速度,提高了发动机的推进效率,增大了发动机的推力()。采用涡轮风扇发动机以后,为提高热效率而提高涡轮前燃气温度不会给推进效率带来不利的影响。因此,现在高亚声速旅客机和运输机用的涡轮风扇发动机出现了“三高”的趋势:高涡轮前燃气温度T4*、高压气机设计增压比πc*和高函道比B(外函气流量与内函气流量之比)。
    20世纪60年代以来涡轮风扇发动机得到了迅速的发展,目前它已取代涡轮喷气发动机和涡轮螺桨发动机成为高亚声速旅客机和运输机的主要动力装置。
2 0世纪60年代以来涡轮风扇发动机得到了迅速的发展,目前它已取代涡轮喷气发动机和涡轮螺桨发动机成为高亚声速旅客机和运输机的主要动力装置。
    ,其涡轮前燃气温度T4*为1700K、压气机设计增压比πc*、。空气流量为1420kg/s、起飞推力高达34250~38920daN。

GE90大函道比分排涡轮风扇发动机的外形图
    将涡扇发动机的外函空气与内函涡轮后燃气相渗合,并进行加力燃烧,就成为加力涡轮风扇发动机。目前,加力涡轮风扇发动机已经用作超声速战斗机和超声速运输机的动力。
    涡轮风扇发动机还用于垂直起落和短距离起落的飞机。
思考题:
⑴为什么要采用涡轮风扇发动机?它与涡轮喷气发动机有什么区别?

Kinds of Turbo-fan engine
后风扇涡轮风扇发动机
早期由涡轮喷气发动机改型的涡轮风扇发动机曾经采用过“后风扇”的结构,例如美国J-79涡轮喷气发动机的民用型CJ-805,在其后面加以带有风扇叶片的自由涡轮后,就成为CJ-805-23型后风扇涡轮风扇发动机。这种涡轮风扇发动机的外函压气机(风扇)叶片连接在自由涡轮的涡轮叶片上,。
  后风扇涡轮风扇发动机
这种发动机的外函风扇叶片与内函涡轮叶片设计成一个零件,风扇叶片必需使用与涡轮叶片相同的耐热合金材料,叶片形状复杂,加工困难。由于叶片作得很长,在叶片振动和强度方面的问题就比较多,为了避免叶片过长,外函空气流量就不可能太大。
    后风扇涡轮风扇发动机虽然曾经试制成功,但是并没有推广使用。实际应用的涡轮风扇发动机都采用前风扇的结构。
前风扇涡轮风扇发动机
分开排气的涡轮风扇发动机
目前使用的涡轮风扇发动机大都采用前风扇结构方案,前风扇结构的涡扇发动机往往从双轴涡轮喷气发动机发展而来,将低压压气机前一级或前面数级叶片加长,加长部分的压气机叶片就成为外函通道中的风扇压气机。例如美国早期使用的JT-3D涡轮风扇发动机就是从双轴发动机J-57发展而来的。。
  前风扇分开排气涡轮风扇发动机
 初期发展的分开排气涡轮风扇发动机,其函道比仅低于1。随着燃气发生器设计参数的不断提高,函道比也相应增大。
这种内外函分开排气的涡轮风扇发动机,已经广泛应用于高亚声速旅客机和运输机上。在发展过程中,这种发动机设计参数的发展特点是:提高压气机增压比和涡轮前燃气温度以提高热效率,提高函道比以提高推进效率。
大函道比的涡扇发动机,风扇直径大,为了保证风扇叶尖切线速度在合理的范围内,低压转子的设计转速必然降低。这对于低压转子上风扇后面的各级压气机(处于内函道,称为中压压气机)的工作不利,由于叶尖切线速度低,不能采用较高的级增压比。因此,对于大函道比的涡轮风扇发动机,采用三轴的结构方案较为合理。如英国的RB211发动机,。
  三轴式前风扇分开排气涡轮风扇发动机
混合排气涡轮风扇发动机
在民用航