8張GIF圖，帶你看懂各類航空發動機結構原理

飛行器發動機的主要功用是為飛行器提供推進動力或支持力。按照推進動力的原理來劃分， 包括直接反作用力發動機和間接反作用力發動機。

直接反作用力發動機又叫噴氣式發動機，其工作時，從前端吸入大量的空氣，燃燒后高速噴出，通過噴出氣體的反作用力推動飛機前進。

間接反作用力發動機是由發動機帶動飛機的螺旋槳、直升機的旋翼旋轉對空氣做功，使空氣加速向后（向下）流動時，空氣對螺旋槳（旋翼）產生反作用力來推進飛行器。

一

航空活塞發動機

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結構及原理

航空活塞式發動機是利用汽油與空氣混合，在密閉的容器（氣缸）內燃燒、膨脹做功的機械。活塞式發動機必須帶動螺旋槳，由螺旋槳產生推（拉）力。所以，作為飛機的動力裝置，發動機與螺旋槳是不能分割的。

活塞式發動機主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構、螺旋槳減速器和機匣等組成。大多是四沖程發動機。

圖1 活塞發動機動畫演示圖

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運用領域

在二戰以前，全球飛機都采用活塞式航空發動機，二戰結束后逐步淘汰。目前性能要求高的軍用飛機、大型客機方面，已不再采用。

但該發動機活塞式航空發動機具有能耗低、成本低的優點，可以滿足輕型低速飛機需求，在小型低速通用飛機、超輕型飛機和軍用中低空無人機等領域仍得到應用。

二

沖壓噴氣發動機

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結構及原理

最簡單的噴氣式發動機，利用迎面氣流進入發動機后減速，使空氣提高靜壓力的空氣噴氣發動機。它通常由進氣道（又稱擴壓器）、燃燒室和推進噴管三部分組成。

沖壓發動機壓縮空氣的方法，是靠飛行器高速飛行時的相對氣流進入發動機進氣道中減速，將動能轉變成壓力能（例如進氣速度為3倍聲速時，理論上可使空氣壓力提高37倍）。

沖壓噴氣式發動機按應用范圍劃分，分為為亞聲速、超聲速和高超聲速三類。雖然出現很早，但高超聲速沖壓發動機仍然是尖端航空科學技術。

圖2 沖壓噴氣發動機動態演示圖

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運用領域

該類發動機廣泛應用在空天飛機、超音速飛機（殲擊機、轟炸機）、洲際飛航導彈、中程近程導彈和超音速靶機等領域，擁有巨大發展潛力。

三

脈動噴氣發動機

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結構及原理

脈動噴氣發動機工作時，首先把壓縮空氣打入單向活門，或使發動機在空中運動，這時便有氣流進入燃燒室，然后油嘴噴油，火花塞點火燃燒。

這時長尾噴管在燃氣噴出后，由于燃氣流的慣性作用，雖然燃燒室內的壓強與外面大氣的壓強相等，仍會繼續向外噴，在燃燒室內造成空氣稀薄的現象，使壓強顯著降低到小于大氣壓，于是空氣再次打開單向活門，流入燃燒室，噴油點火燃燒，開始第二個循環。周而復始，發動機便可不斷地工作了。

圖3 脈動噴氣發動機動態演示圖

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運用領域

脈動式發動機在原地可以啟動，構造簡單、重量輕且造價便宜。這些都是它的優點。但它只適于低速飛行（速度極限約為800km/h），飛行高度也有限，單向活門的工作壽命短，加上振動劇烈、燃油消耗率大等，應用受到限制。

四

渦輪噴氣發動機/渦輪風扇發動機

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結構及原理

所謂渦輪，就是指風扇，可以簡單理解渦輪發動機就是加裝了吸氣風扇，以提高引擎效率的發動機。

渦輪噴氣發動機屬于比較早期的噴氣式發動機，油耗高，現在在一些老式飛機，如殲教-9飛機依然采用國產WP-13渦噴發動機。

圖4 渦輪噴氣發動機動態演示圖

而渦輪風扇發動機，是在渦輪噴氣發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（內涵道）后在燃燒室中燃燒；另一部分則不經過燃燒，直接排到空氣中（外涵道）。

圖5 渦扇噴氣發動機動態演示圖

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運用領域

由于渦輪風扇發動機一部分的燃氣能量被用來帶動前端的風扇，降低了排氣速度，提高了推進效率，因此目前廣泛運用與民用客機上，比如大名鼎鼎的波音747用的就是4臺渦輪風扇發動機。

五

渦輪螺旋槳發動機

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結構及原理

為了提高涵道比，增加渦輪風扇發動機的效率，人們索性去掉了風扇的外涵殼體，用螺旋槳代替了風扇，便形成了渦輪螺旋槳發動機，簡稱渦槳發動機。渦輪螺旋槳發動機由螺旋槳和燃氣發生器組成，螺旋槳由渦輪帶動。

渦輪螺旋槳發動機的螺旋槳后的空氣流就相當于渦輪風扇發動機的外涵道，由于螺旋槳的直徑比發動機大很多，氣流量也遠大于內涵道，這種發動機實際上相當于一臺超大涵道比的渦輪風扇發動機。

圖6 渦輪螺旋槳發動機動態演示圖

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運用領域

渦輪螺旋槳發動機不但在海平面和飛機起飛條件下可以很好的工作，而且在大約10000米的高度，它的工作性能依然很好，由于螺旋槳效率降低的限制，它不能用于高速飛行。

目前在中速遠程運輸機、旅客機、海上巡邏機和反潛機等常裝用這種發動機。比如我國最近研發成功的AG600鯤龍水上運輸機就是用的渦輪螺槳發動機。

六

渦輪軸發動機

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結構及原理

在工作和構造上，渦輪軸發動機與渦輪螺槳發動機很相近。它們都是由渦輪風扇發動機的原理演變而來，只不過渦輪軸發動機將風扇變成了直升機的旋翼。

圖7 飛機螺旋槳

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運用領域

主要運用于直升機和垂直/短距起落飛機上。

七

螺旋槳風扇發動機

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結構及原理

這是一種介于渦輪風扇發動機和渦輪螺旋槳發動機之間的發動機形式，目標是將前者的高速性能和后者的經濟性結合起來。

螺旋槳風扇發動機由燃氣發生器和一副螺旋槳-風扇組成。螺旋槳-風扇由渦輪驅動，無涵道外殼，裝有減速器，從這些來看它有一點像螺旋槳，但它的直徑比普通螺旋槳小，葉片數目也多（一般有6~8葉），葉片又薄又寬，而且前緣后掠，有些類似于風扇葉片。

圖8 漩渦螺旋槳發動機動態演示圖

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運用領域

由于轉速較高，產生的振動和噪音也較大，一般不運用與舒適性要求較高的客機上。安-70運輸機用的就是此類發動機。

內容來源：科普中國、兩機動力先行

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