说到飞机,大量人第一反应自然是喷气式,毕竟那是让长距离飞行快起来的大功臣。但要是想搞出那种“嗖”一下就能闪过山谷、还能载着几十人随时降落的体验,那还得靠涵道发动机。

这就得先搞清楚,这玩意儿到底是个啥。它说白了就是一个混合体,既像喷气机一样喷气,又像涡扇机那样带个“烟囱”,把气力往肚子里使。 你想想跟一般/平平喷气机比,最大的不同就在那段长长的尾翼里面。

一般/平平发动机喷出来的气,是推着空气前进的,能量全耗在对抗空气阻力上了。而涵道发动机多出来的这一段,就像个自带的助推器要么减速带。进气口那口气,先猛地往里一吸,这时候气流得经过一个叫“转子”的东西。

这个转子是个圆形的,里面绕着大量叶片,跟直升机的主旋翼差不多。它吸进去的空气,一局部被甩出去,带着庞大的能量跑进尾管,推着飞机往后飞;另一局部就直接从中间漏那会儿,顺着尾管飞出去。

这一来一往,就把发动机的效率给提上去了,还能让飞机飞得更高更稳。 大量人好办搞糊涂,认定带烟囱就是加个风扇,实际上不是如此好办。你没看明白,那根“烟囱”里透出的气,实际上是跟从外筒冒出来的高温废气混在一起的。

这就好比你在高速公路上开车,平时你靠边停车,但要是你开着全速档,旁边个跟了又跟的借道超车,你急刹的时候,车屁股后面冒出的热气,那味儿肯定跟尾气混合在一起。涵道发动机也是如此个理儿。它把废气和主气流混合,再往外排。

为啥要混合?出于混合后的气体,能量比纯废气高,比纯主气流低。

这就好比把两个不同温度的水混合,中间那段温度正好是车引擎能最省劲儿工作的温度。 那会儿造飞机,为了省燃料,早就把涵道去掉,直接干喷气了。

那时候飞机要么飞得慢,要么飞得高,但怕炸。

后来为了搞远程飞行,工程师们又想把涡扇机的主气流和风扇气分开,专门搞一个“双涵道”要么带“大涵道”的,但成本可是高得吓人,全是额外零件。直到 20 世纪 80 年代那会儿,世界上的大飞机根本都还是喷气式。

那时候,要是想造个大飞机,就得把涵道做得特别庞大,把气量拉大,结局就是油耗猛增,油耗每升能多出好几块钱。航空公司的利润瞬间被掏空。 转折点就在 82 年。美国波音 747 试飞的时候,发现那个庞大的尾喷口被风一吹,整个都变软了,根本挡不住气流。

这直接害得机翼上的加强筋都塌了,飞机直接撞上去,后果不堪设想。为了保命,工程师们想起了那个被他搞废的尾巴,拍板把空气分成两路:一路走主喷口,一路走涵道。 这就成了“双涵道”发动机,也就是大家熟知的“双筒”结构。

不过那时候的涵道车,大局部还是把气彻底分开,就像两辆并排开车的,中间根本不打招呼。

那时候为了保持距离,引擎得做得特别大,结局还是油耗忒高。直到 1987 年,阿斯特康(Aerospacelift)公司把涵道做得更大,把两个通道隔得远远的,这才让能量利用效率启动出现拐点。到了 1990 年代,波音 767 带着“大涵道”起飞,油耗启动明显下降。到 1995 年,空客 A300 和 B767 彻底用上双涵道,油耗直接降到了喷气机的水平。 到了 20 世纪 90 年代,大家发现这种有轴流风扇的涵道机,油耗确实降下来了,但还没降多少。

那时候有个叫“大涵道涡扇”(GFT),就是直接把风扇和尾喷口连起来,风扇出来的气往尾喷口里喷。

这玩意儿效率挺高,但有个致命弱点——噪音。风扇在高速旋转,尾喷口再往外喷,这两股气撞在一起,噪音简直能把人的耳朵震聋。

那时候飞机在空中像炸了雷,飞行员都得戴耳塞。 为了摆脱噪音,工程师们又把“双筒”结构又搞回来了。

这次不一样,风扇和气路彻底分开。风扇只管把气吸进去,尾喷口只管往外喷。

这样风扇和尾喷口互不干扰,噪音直接压到了喷气机水平以下。

不过,那个分隔的尾喷口内部结构忒复杂了,零件多了,维护起来也费事。 这时候,大家才意识到,能不能把那个复杂的中间结构去掉?能不能让风扇的气和尾喷口的气,在尾喷口内部“合体”?这就引出了“单涵道”发动机,也就是大家后来看到的那些现代喷气发动机。 目前流行的先进发动机,实际上都是这种“单涵道”结构。风扇和尾喷口都打在同一个尾喷口上。风扇把气从外往里吸,尾喷口把气从内往外推。中间那个混合气体,就是利用热换技术,让它温度降到适合喷气喷嘴工作的程度。

这时候,风扇和尾喷口别看在一起,但气流是分开来的,互不干扰。

这就好比你在吃火锅,你先把菜煮好,再往锅里倒汤,汤里夹着煮熟的菜,味道才最鲜。

要是直接倒,菜可能没熟,汤也热。 这种单涵道结构,效率极高,油耗低,噪音也好,并且结构好办,维护也撇脱。

故此,只要你目前坐的飞机是喷气式的,它大约率就是这种单涵道要么双涵道变种。

要是你再往下钻,看看那些旧飞机要么特定用途的飞机,你可能会看到双涵道的。 可是,双涵道发动机为啥目前用得少了?你想啊,它有两个阀门。一个是主喷口阀门,一个是涵道阀门。

这两个阀门得时刻精准管住。

要是主喷口关小了,涵道阀门就得开大,气流就少,推力就小;要是涵道阀门开大了,主喷口就得关小,推力就弱。并且,双涵道发动机在低速要么高载重时,效率反而不如单涵道。 这就好比你在骑脚踏车,一个劲地蹬,大家都认定你效率高。但要是你想停下来,要么载着几十个人,这时候你得让车速慢下来,要么把力量减半。双涵道发动机就是个“一锤子买卖”,你要么全功率开,要么全功率不开,挺难找到那个平衡点。并且,把两个动力源搞得如此近,别看效率高,但维护和结构上的限制也忒多。 故此,目前的趋势挺明显了。全球的大飞机制造商,比如波音、空客,都在往单涵道要么单级涡轮风扇方向走。未来的飞机,可能长得像喷气机,但动力核心是单涵道发动机。它能做到:喷气速度快,油耗低,噪音小,结构好办,维护撇脱,还能载大量座。 想象一下,一架飞机起飞时,风扇吸气,尾喷口喷气,中间那个混合气体让效率提升;飞行中,空气流动让滑流把推力补上;到了巡航阶段,单涵道结构让油耗维持在最低;到了着陆,滑流和尾喷口配合,把飞机稳稳地拖到跑道。

这就比那会儿的双涵道飞机舒服多了,也便宜多了。 你看,从 20 世纪 90 年代双涵道的喧嚣,到如今全球主流采用单涵道结构,航空动力技术的每一次迭代,实际上都是人类在寻找一个最佳平衡点的过程。

不是非要用“烟囱”,也不是非要“全喷气”,而是要用最智慧的组合,把推力、速度和能耗这三座大山,托起来。 目前的飞机,没有比单涵道要么混合涵道结构更先进了。它们可能看起来像喷气机,但骨子里还是那个追求高效与平衡的涵道发动机哲学。

只要你还坐飞机,你就正在见证这种“单涵道”时代最美好的篇章。