涵道簡(jiǎn)介

涵道（duct）是指氣體流過(guò)的通道。

涵道有內(nèi)外涵道之分。

內(nèi)涵道就是通過(guò)風(fēng)扇后進(jìn)入壓氣機(jī)然后進(jìn)入燃燒室燃燒后膨脹對(duì)渦輪做功，最后排出來(lái)的那部分氣體通過(guò)的通道 。

外涵道是通過(guò)風(fēng)扇氣流后直接排出發(fā)動(dòng)機(jī)的那部分氣體通過(guò)的通道。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)80%的推力都來(lái)自外涵道排出的氣體形成的。當(dāng)然內(nèi)外涵道比是根據(jù)不同發(fā)動(dòng)機(jī)特性來(lái)制定的 。

涵道比（bypass ratio），也稱旁通比，是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道與內(nèi)涵道空氣流量的比值。內(nèi)涵道的空氣進(jìn)入燃燒室與燃料混合，燃燒做功，外涵道的空氣不進(jìn)入燃燒室，而是與內(nèi)涵道流出的燃?xì)庀嗷旌虾笈懦觥Ｍ夂赖目諝庵煌ㄟ^(guò)風(fēng)扇，流速較慢，且是低溫，內(nèi)涵道排出的是高溫燃?xì)?，兩種氣體混合后降低了噴嘴平均流速與溫度，較低的流速帶來(lái)了較高的推進(jìn)效率和較低的噪聲，而根據(jù)熱機(jī)原理，較低的溫度能帶來(lái)較高的熱力學(xué)效率。兩種因素共同作用，使渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在相同油耗的情況下能獲得比渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)更大的推力 。

通常涵道比的提高會(huì)改進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的SFC但是降低發(fā)動(dòng)機(jī)的單位推力。這里有一系列現(xiàn)實(shí)因素對(duì)一臺(tái)給定發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)定了涵道比的上限：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)口面積增大，因此重量和短艙阻力也增大。同樣成本也會(huì)上升。

（2）驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的渦輪級(jí)數(shù)會(huì)快速上升。這是因?yàn)楫?dāng)涵道比上升時(shí)，風(fēng)扇葉尖切線速度需保持在大概的常數(shù)，因此其轉(zhuǎn)速會(huì)下降。對(duì)于一個(gè)給定的核心機(jī)尺寸，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇渦輪的尺寸是同定的，因此它的葉尖切線速度則會(huì)下降。與此同時(shí)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇渦輪的比功必須提高，因?yàn)轱L(fēng)扇流量與渦輪流量之比上升了，這意味著此處渦輪載荷會(huì)高得不可接受。這將使渦輪效率降低，除非此處渦輪加級(jí)。迄今已經(jīng)證明了現(xiàn)在存渦輪和風(fēng)扇間放置一個(gè)傳動(dòng)箱是不切實(shí)際的，因?yàn)橐慌_(tái)大型的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)需給其傳輸50 MW的功率。

（3）座艙空氣和飛機(jī)附件功率提取將對(duì)SFC和單位推力帶來(lái)更大影響。

（4）在反推力裝置不工作時(shí)，所需嬰的密封周長(zhǎng)增加，將會(huì)帶來(lái)更多的漏氣。

涵道風(fēng)扇（Ducted Fan），指在自由螺旋槳的外圍設(shè)置涵道的一種推進(jìn)裝置。國(guó)內(nèi)外很早就有人開(kāi)始研究涵道風(fēng)扇螺旋槳，并取得了很多研究成果，廣泛應(yīng)用于各種交通工具尤其是航空器中。

涵道風(fēng)扇螺旋槳的優(yōu)點(diǎn)：由于葉尖處受涵道限制，沖擊噪聲減小。誘導(dǎo)阻力減少，而效率較高。在同樣功率消耗下, 涵道風(fēng)扇較同樣直徑的孤立螺旋槳, 會(huì)產(chǎn)生更大的推力。同時(shí)由于涵道的環(huán)括作用, 其結(jié)構(gòu)緊湊、氣動(dòng)噪聲低、使用安全性好,因此作為一種推力或升力裝置, 被應(yīng)用于飛行器設(shè)計(jì)當(dāng)中。

涵道風(fēng)扇螺旋槳的缺點(diǎn)：良好的效率要求葉尖和管道間的間隙要非常小，風(fēng)道三維形狀設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要高轉(zhuǎn)速和最小的振動(dòng)。2100433B

涵道比是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道和內(nèi)涵道的空氣流量之比，又稱流量比。涵道比是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率和推重比有很大影響。不同用途的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)選取不同的涵道比，如遠(yuǎn)程運(yùn)輸機(jī)和旅客機(jī)使用的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其涵道比為4～8，甚至更高；空戰(zhàn)戰(zhàn)斗機(jī)選用的加力式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比一般小于1，甚至可小到0．2～0．3。

涵道比為零的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)即是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),早期的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)使用的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比都較低,例如世界上第一款實(shí)用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),勞斯萊斯的Conway涵道比只有0.3,現(xiàn)代多數(shù)民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比通常都在5以上。涵道比高的渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)耗油較少,但推力卻與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng),且運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還寧?kù)o得多。

戰(zhàn)斗機(jī)使用低涵道比發(fā)動(dòng)機(jī),主要是因?yàn)榻孛娣e與常用飛行速度與民用飛機(jī)不同。高涵道比的發(fā)動(dòng)機(jī)截面積過(guò)大在超音速的時(shí)候阻力過(guò)大,另外在超音速的狀況下效率也會(huì)比純渦輪噴氣甚至于低涵道比設(shè)計(jì)還低,所以戰(zhàn)斗機(jī)皆使用低涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)(涵道比皆低于1)。只在超音速飛行的協(xié)和飛機(jī),因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間處于超音速狀態(tài),為了提升效率與降低成本,就是使用純渦輪噴氣而無(wú)涵道比的發(fā)動(dòng)機(jī)。

涵道比變化是加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓壓氣機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)的一項(xiàng)因素。在非設(shè)計(jì)狀態(tài)下，壓比下降時(shí)，低壓壓氣機(jī)前幾級(jí)攻角增大，高壓壓氣機(jī)攻角減小，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差增加是減少級(jí)間不匹配的第一因素；減少渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低壓壓氣機(jī)攻角的第二因素是風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)，涵道比增加。涵道比增加的原因是由于高壓壓氣機(jī)流量下降，內(nèi)涵道節(jié)流，流通能力下降，改變了內(nèi)外涵道的流通能力。外涵道由于沒(méi)有節(jié)流，因而外涵道流量W_all。下降較慢，部分空氣從低壓壓氣機(jī)出口繞過(guò)高壓壓氣機(jī)往外涵道流動(dòng)，使得涵道比

高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，大部分動(dòng)力來(lái)自由風(fēng)扇加速的外涵道空氣。這種發(fā)動(dòng)機(jī)往往外涵道較短，內(nèi)涵道的尾氣不與外涵道混合，而由噴嘴單獨(dú)排出。高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在亞音速時(shí)有非常好的能效，通常用于客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和戰(zhàn)略轟炸機(jī)。

低涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，大部分動(dòng)力來(lái)自驅(qū)動(dòng)核心機(jī)的內(nèi)涵道尾氣。這種發(fā)動(dòng)機(jī)通常采用混合噴嘴，即內(nèi)涵道尾氣在與外涵道氣流混合后再排出?；旌蠂娮炜梢宰冃我哉{(diào)整推力的大小甚至方向，而高溫的尾氣經(jīng)外涵道氣流降溫后，也有利于降低發(fā)動(dòng)機(jī)的紅外特征。低涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)通常安裝有加力燃燒室，可以以高油耗為代價(jià)，產(chǎn)生更大的推力。低涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)可以用于超音速飛行，通常用于戰(zhàn)斗機(jī)。2100433B