8张动图，带你看懂各类航空发动机结构原理与应用场景

飞行器发动机的主要功用是为飞行器提供推进动力或支持力。按照推进动力的原理来划分， 包括直接反作用力发动机和间接反作用力发动机。

直接反作用力发动机又叫喷气式发动机，其工作时，从前端吸入大量的空气，燃烧后高速喷出，通过喷出气体的反作用力推动飞机前进。

间接反作用力发动机是由发动机带动飞机的螺旋桨、直升机的旋翼旋转对空气做功，使空气加速向后（向下）流动时，空气对螺旋桨（旋翼）产生反作用力来推进飞行器。

一

航空活塞发动机

1

结构及原理

航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合，在密闭的容器（气缸）内燃烧、膨胀做功的机械。活塞式发动机必须带动螺旋桨，由螺旋桨产生推（拉）力。所以，作为飞机的动力装置，发动机与螺旋桨是不能分割的。

活塞式发动机主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器和机匣等组成。大多是四冲程发动机。

图1 活塞发动机动画演示图

2

运用领域

在二战以前，全球飞机都采用活塞式航空发动机，二战结束后逐步淘汰。目前性能要求高的军用飞机、大型客机方面，已不再采用。

但该发动机活塞式航空发动机具有能耗低、成本低的优点，可以满足轻型低速飞机需求，在小型低速通用飞机、超轻型飞机和军用中低空无人机等领域仍得到应用。

二

冲压喷气发动机

1

结构及原理

最简单的喷气式发动机，利用迎面气流进入发动机后减速，使空气提高静压力的空气喷气发动机。它通常由进气道（又称扩压器）、燃烧室和推进喷管三部分组成。

冲压发动机压缩空气的方法，是靠飞行器高速飞行时的相对气流进入发动机进气道中减速，将动能转变成压力能（例如进气速度为3倍声速时，理论上可使空气压力提高37倍）。

冲压喷气式发动机按应用范围划分，分为为亚声速、超声速和高超声速三类。虽然出现很早，但高超声速冲压发动机仍然是尖端航空科学技术。

图2 冲压喷气发动机动态演示图

2

运用领域

该类发动机广泛应用在空天飞机、超音速飞机（歼击机、轰炸机）、洲际飞航导弹、中程近程导弹和超音速靶机等领域，拥有巨大发展潜力。

三

脉动喷气发动机

1

结构及原理

脉动喷气发动机工作时，首先把压缩空气打入单向活门，或使发动机在空中运动，这时便有气流进入燃烧室，然后油嘴喷油，火花塞点火燃烧。

这时长尾喷管在燃气喷出后，由于燃气流的惯性作用，虽然燃烧室内的压强与外面大气的压强相等，仍会继续向外喷，在燃烧室内造成空气稀薄的现象，使压强显著降低到小于大气压，于是空气再次打开单向活门，流入燃烧室，喷油点火燃烧，开始第二个循环。周而复始，发动机便可不断地工作了。

图3 脉动喷气发动机动态演示图

2

运用领域

脉动式发动机在原地可以启动，构造简单、重量轻且造价便宜。这些都是它的优点。但它只适于低速飞行（速度极限约为800km/h），飞行高度也有限，单向活门的工作寿命短，加上振动剧烈、燃油消耗率大等，应用受到限制。

四

涡轮喷气发动机/涡轮风扇发动机

1

结构及原理

所谓涡轮，就是指风扇，可以简单理解涡轮发动机就是加装了吸气风扇，以提高引擎效率的发动机。

涡轮喷气发动机属于比较早期的喷气式发动机，油耗高，现在在一些老式飞机，如歼教-9飞机依然采用国产WP-13涡喷发动机。

图4 涡轮喷气发动机动态演示图

而涡轮风扇发动机，是在涡轮喷气发动机的的基础上增加了几级涡轮，并由这些涡轮带动一排或几排风扇，风扇后的气流分为两部分，一部分进入压气机（内涵道）后在燃烧室中燃烧；另一部分则不经过燃烧，直接排到空气中（外涵道）。

图5 涡扇喷气发动机动态演示图

2

运用领域

由于涡轮风扇发动机一部分的燃气能量被用来带动前端的风扇，降低了排气速度，提高了推进效率，因此目前广泛运用与民用客机上，比如大名鼎鼎的波音747用的就是4台涡轮风扇发动机。

五

涡轮螺旋桨发动机

1

结构及原理

为了提高涵道比，增加涡轮风扇发动机的效率，人们索性去掉了风扇的外涵壳体，用螺旋桨代替了风扇，便形成了涡轮螺旋桨发动机，简称涡桨发动机。涡轮螺旋桨发动机由螺旋桨和燃气发生器组成，螺旋桨由涡轮带动。

涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨后的空气流就相当于涡轮风扇发动机的外涵道，由于螺旋桨的直径比发动机大很多，气流量也远大于内涵道，这种发动机实际上相当于一台超大涵道比的涡轮风扇发动机。

图6 涡轮螺旋桨发动机动态演示图

2

运用领域

涡轮螺旋桨发动机不但在海平面和飞机起飞条件下可以很好的工作，而且在大约10000米的高度，它的工作性能依然很好，由于螺旋桨效率降低的限制，它不能用于高速飞行。

目前在中速远程运输机、旅客机、海上巡逻机和反潜机等常装用这种发动机。比如我国最近研发成功的AG600鲲龙水上运输机就是用的涡轮螺桨发动机。

六

涡轮轴发动机

1

结构及原理

在工作和构造上，涡轮轴发动机与涡轮螺桨发动机很相近。它们都是由涡轮风扇发动机的原理演变而来，只不过涡轮轴发动机将风扇变成了直升机的旋翼。

图7 飞机螺旋桨

2

运用领域

主要运用于直升机和垂直/短距起落飞机上。

七

螺旋桨风扇发动机

1

结构及原理

这是一种介于涡轮风扇发动机和涡轮螺旋桨发动机之间的发动机形式，目标是将前者的高速性能和后者的经济性结合起来。

螺旋桨风扇发动机由燃气发生器和一副螺旋桨-风扇组成。螺旋桨-风扇由涡轮驱动，无涵道外壳，装有减速器，从这些来看它有一点像螺旋桨，但它的直径比普通螺旋桨小，叶片数目也多（一般有6~8叶），叶片又薄又宽，而且前缘后掠，有些类似于风扇叶片。

图8 漩涡螺旋桨发动机动态演示图

2

运用领域

由于转速较高，产生的振动和噪音也较大，一般不运用与舒适性要求较高的客机上。安-70运输机用的就是此类发动机。

内容来源：科普中国、两机动力先行

50万+机械工程师都在看↓↓↓

关注上方公众号，回复关键词，免费领取海量资料！！

1. 回复【动图】领取10000+个机械动图及视频包

2. 回复【CAD】领取800GAutoCAD全套视频教程

3. 回复【UG】领取800G的UGNX全套视频教程

4. 回复【SW】领取800G的Solidworks全套教程

5. 回复【机械设计】领取800G（非标）机械设计资料