涵道涵道風扇

涵道風扇（Ducted Fan），指在自由螺旋槳的外圍設置涵道的一種推進裝置。國內外很早就有人開始研究涵道風扇螺旋槳，并取得了很多研究成果，廣泛應用于各種交通工具尤其是航空器中。

涵道風扇螺旋槳的優(yōu)點：由于葉尖處受涵道限制，沖擊噪聲減小。誘導阻力減少，而效率較高。在同樣功率消耗下, 涵道風扇較同樣直徑的孤立螺旋槳, 會產生更大的推力。同時由于涵道的環(huán)括作用, 其結構緊湊、氣動噪聲低、使用安全性好,因此作為一種推力或升力裝置, 被應用于飛行器設計當中。

涵道風扇螺旋槳的缺點：良好的效率要求葉尖和管道間的間隙要非常小，風道三維形狀設計復雜，需要高轉速和最小的振動。2100433B

通常涵道比的提高會改進渦扇發(fā)動機的SFC但是降低發(fā)動機的單位推力。這里有一系列現(xiàn)實因素對一臺給定發(fā)動機的設計規(guī)定了涵道比的上限：

（1）發(fā)動機的進口面積增大，因此重量和短艙阻力也增大。同樣成本也會上升。

（2）驅動風扇的渦輪級數(shù)會快速上升。這是因為當涵道比上升時，風扇葉尖切線速度需保持在大概的常數(shù)，因此其轉速會下降。對于一個給定的核心機尺寸，驅動風扇渦輪的尺寸是同定的，因此它的葉尖切線速度則會下降。與此同時，驅動風扇渦輪的比功必須提高，因為風扇流量與渦輪流量之比上升了，這意味著此處渦輪載荷會高得不可接受。這將使渦輪效率降低，除非此處渦輪加級。迄今已經證明了現(xiàn)在存渦輪和風扇間放置一個傳動箱是不切實際的，因為一臺大型的渦扇發(fā)動機需給其傳輸50 MW的功率。

（3）座艙空氣和飛機附件功率提取將對SFC和單位推力帶來更大影響。

（4）在反推力裝置不工作時，所需嬰的密封周長增加，將會帶來更多的漏氣。

涵道比（bypass ratio），也稱旁通比，是渦扇發(fā)動機外涵道與內涵道空氣流量的比值。內涵道的空氣進入燃燒室與燃料混合，燃燒做功，外涵道的空氣不進入燃燒室，而是與內涵道流出的燃氣相混合后排出。外涵道的空氣只通過風扇，流速較慢，且是低溫，內涵道排出的是高溫燃氣，兩種氣體混合后降低了噴嘴平均流速與溫度，較低的流速帶來了較高的推進效率和較低的噪聲，而根據熱機原理，較低的溫度能帶來較高的熱力學效率。兩種因素共同作用，使渦扇發(fā)動機在相同油耗的情況下能獲得比渦噴發(fā)動機更大的推力 。

外涵道是通過風扇氣流后直接排出發(fā)動機的那部分氣體通過的通道。一般來說，發(fā)動機80%的推力都來自外涵道排出的氣體形成的。當然內外涵道比是根據不同發(fā)動機特性來制定的 。

內涵道就是通過風扇后進入壓氣機然后進入燃燒室燃燒后膨脹對渦輪做功，最后排出來的那部分氣體通過的通道 。

涵道（duct）是指氣體流過的通道。

涵道有內外涵道之分。

涵道比是渦扇發(fā)動機外涵道和內涵道的空氣流量之比，又稱流量比。涵道比是渦扇發(fā)動機的重要設計參數(shù)，它對發(fā)動機耗油率和推重比有很大影響。不同用途的渦扇發(fā)動機應選取不同的涵道比，如遠程運輸機和旅客機使用的渦扇發(fā)動機，其涵道比為4～8，甚至更高；空戰(zhàn)戰(zhàn)斗機選用的加力式渦扇發(fā)動機的涵道比一般小于1，甚至可小到0．2～0．3。

涵道比為零的渦扇發(fā)動機即是渦輪噴氣發(fā)動機,早期的渦扇發(fā)動機和現(xiàn)代戰(zhàn)斗機使用的渦扇發(fā)動機涵道比都較低,例如世界上第一款實用渦扇發(fā)動機,勞斯萊斯的Conway涵道比只有0.3,現(xiàn)代多數(shù)民用飛機發(fā)動機的涵道比通常都在5以上。涵道比高的渦輪扇發(fā)動機耗油較少,但推力卻與渦輪噴氣發(fā)動機相當,且運轉時還寧靜得多。

戰(zhàn)斗機使用低涵道比發(fā)動機,主要是因為截面積與常用飛行速度與民用飛機不同。高涵道比的發(fā)動機截面積過大在超音速的時候阻力過大,另外在超音速的狀況下效率也會比純渦輪噴氣甚至于低涵道比設計還低,所以戰(zhàn)斗機皆使用低涵道比發(fā)動機(涵道比皆低于1)。只在超音速飛行的協(xié)和飛機,因為長時間處于超音速狀態(tài),為了提升效率與降低成本,就是使用純渦輪噴氣而無涵道比的發(fā)動機。

涵道比變化是加力渦扇發(fā)動機的低壓壓氣機自動調節(jié)的一項因素。在非設計狀態(tài)下，壓比下降時，低壓壓氣機前幾級攻角增大，高壓壓氣機攻角減小，渦扇發(fā)動機轉差增加是減少級間不匹配的第一因素；減少渦扇發(fā)動機低壓壓氣機攻角的第二因素是風扇發(fā)動機在低轉速時，涵道比增加。涵道比增加的原因是由于高壓壓氣機流量下降，內涵道節(jié)流，流通能力下降，改變了內外涵道的流通能力。外涵道由于沒有節(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出口繞過高壓壓氣機往外涵道流動，使得涵道比

高涵道比渦扇發(fā)動機，大部分動力來自由風扇加速的外涵道空氣。這種發(fā)動機往往外涵道較短，內涵道的尾氣不與外涵道混合，而由噴嘴單獨排出。高涵道比渦扇發(fā)動機在亞音速時有非常好的能效，通常用于客機、運輸機和戰(zhàn)略轟炸機。

低涵道比渦扇發(fā)動機，大部分動力來自驅動核心機的內涵道尾氣。這種發(fā)動機通常采用混合噴嘴，即內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{整推力的大小甚至方向，而高溫的尾氣經外涵道氣流降溫后，也有利于降低發(fā)動機的紅外特征。低涵道比渦扇發(fā)動機通常安裝有加力燃燒室，可以以高油耗為代價，產生更大的推力。低涵道比渦扇發(fā)動機可以用于超音速飛行，通常用于戰(zhàn)斗機。2100433B