运20发动机短板 我们为什么期待运20换装

中国的大型运输机运20，这些年很忙。经常出国，昨天给东南亚拉疫苗，今天给塞尔维亚递导弹，明天又飞到巴基斯坦送帐篷。

这种新闻，看着就是带劲儿。但是除了带劲儿，也有遗憾。尤其是把运20和美国的C17环球霸王一比较，就能看出来，这运20的发动机，它明显瘦了一圈儿。

听到这句话，有人会问了，这瘦一圈儿咋还成了遗憾呢？我可想瘦一圈儿了，这年头不是以瘦为美吗？

瘦，确实挺美，但它是一种柔弱的美。甚至，太瘦了还是一种病态。运20是正儿八经的武器，要拿来干仗的，必须得壮实起来。所以，中国的老百姓一直期望，咱们这大飞机，赶紧装上国产的，胖胖的大水桶发动机。

那么问题来了，胖胖的发动机，它到底好在哪？今天我这个航空发动机专业的毕业生，尝试解答一下。你不用怕，我回答得不会很专业，当年老师教的知识，我能捡起来十分之一就不错了。

首先，从工程角度说，发动机越胖，你可以理解为它的涵道比越大。也就是通过发动机外涵道的空气质量，与通过内涵道的空气质量之比，就越大。或者说，涵道比越大，发动机吸的所有空气，最终进入到燃烧室，和航空煤油混合烧掉的，所占的比例越低。

大部分空气，都碰不到油，甚至连油是什么味儿都不知道。从前面大风扇进去，滋溜一下又出去了，烧了个寂寞。

很简单，涵道比最小只能等于0，不可能是负数。涵道比等于0的发动机，那就是最早的喷气发动机，涡喷。现在的飞机上，涡喷几乎都灭绝了。

说到这，那咱们的问题就变成了，涵道比大的发动机，它到底好在哪？

先说答案：发动机涵道比越大，它效率越高。换句话说，胖胖的发动机，它更省油。

再说为什么，你可得仔细看，不然可能看不懂。

首先定性地解释，发动机能产生推力，原理很简单，你可以理解为是作用力和反作用力。把大量的空气，往后面喷，所以被喷出的空气就给了发动机向前的反作用力。

如果发动机的涵道比很小很小，小到变成了涡喷发动机，它吸的空气就会全部进到燃烧室。和煤油一起烧了之后，温度很高，速度也很高，然后从发动机屁股那儿，噗噗噗全部喷出去，产生推力。

你从能量守恒的角度想一想，发动机喷出去的空气，速度很高，温度也很高。意味着离开发动机的空气，它动能很高，内能也很高。

这些能量哪来的？你初中物理老师给你说过，能量不可能凭空产生，也不会凭空消失。它只有一个来源，就是航空煤油，烧了之后从化学能过来的。

换句话说，这发动机喷出去的哪是空气，那可都是油，都是钱。这耗油量，纳智捷看见都得叫大哥。

而发动机的涵道比如果大一些，那排出去的空气，就只有一部分是从燃烧室出来的。所以平均速度就会更低，温度也会更低，损失的能量就更少。于是，效率更高，更省油。

这么简单，能明白吧？

你说不行，这么解释太简单，听着没劲儿，白瞎我这180的智商了。确实，在自然规律面前，人类的语言总是显得那么苍白无力。咱下面从定量的角度，把这个问题再掰扯掰扯。上人类文明的结晶，公式。

首先，把发动机先简化了。不然这么复杂的机器，智商低于160直接就晕了。

分析问题抓主要矛盾，把发动机从进口到出口，按照风扇、压气机、燃烧室、涡轮啥的，分成几段。最前面这一段，编号为0，最后面那一段，编号是9。然后呢，W表示空气流量，c表示空气速度，p表示空气压力，A表示流通面积。

那发动机转起来之后，它产生的推力就是：

这公式已经挺简单了，你如果看着还是有点晕，咱进一步抓主要矛盾，可以把推力表达式简化成这个：

这公式，村头大爷都能看明白。发动机的推力等于流过发动机的空气量，乘以空气流经发动机的速度增加量。

这公式告诉你了，发动机吸的空气越多，它推力就越大。同时，发动机喷出去的空气速度越快，它推力也越大。两个办法都行，你自己选呗。

而涡喷和涡扇，它俩选得不一样。胖胖的涡扇，选了第一种。带动最前面的大风扇抽大量的空气，然后给这些空气稍微增加点速度，产生推力。

而瘦瘦的涡喷，是吸一小部分空气，然后可劲增加空气喷出去的速度，来产生推力。

从推着飞机往前跑的角度看，发动机无论胖瘦，都好使。但是，从省油的角度看，这两个方法就有大区别了。

咱举个栗子，假设你有两个发动机，一个胖涡扇，一个瘦涡喷，它俩能产生的推力是一样大的。

但是，涡扇吸进去的空气量，是涡喷的2倍。于是，为了能有一样大的推力，涡喷给这些空气增加的速度，就要是涡扇的2倍

这好理解吧？然后关键的一步来了。空气的动能，它是1/2*mv²。记住，这可是平方的关系，是个放大器。

用这个公式，你再算一下通过两个发动机的空气，它动能地增加值，就恍然大悟了。通过涡喷的空气，它动能地增加值，比涡扇的大很多啊！

意味着啥呢？意味着涡喷发动机，给空气增加了很大的动能，意味着空气离开涡喷之后，还有很高的能量。最终就意味着，涡喷发动机的效率，它比涡扇要低。

是不是这个意思？

话说到这，你发现这胖的大涵道比发动机，它又有劲儿又省油，那这瘦的小涵道比发动机真就一无是处了吗？咋可能呢。纳智捷再费油，也有自己的用处，比如可以给村里人带来两个加油站……

小涵道比的发动机一般都装在哪呢？没错，装在对耗油不敏感，而对速度又很有追求的战斗机上。

咱再看这个推力公式：

C0是发动机进口处的空气流速，其实也就是飞机的飞行速度。那如果飞机的飞行速度C0等于发动机喷气速度C9，这发动机是不是歇逼了？没有推力了呀！

这说明，发动机喷气速度越快，理论上说也就可以把飞机推到更快的速度。或者说，喷气速度更快的小涵道比涡扇发动机，它更适合高速飞行。

最后，有个好消息，相比大家也知道。在2021年的珠海航展上，运20总设计师唐长红，也是我们西工大的知名校友，说运20已经有了中国心，正在试飞呢。可以肯定的是，这个中国心，肯定比现在装的，更胖。

好，今天就到这。这个问题，稍微有一点抽象。想说明白，尤其是给外行说明白，不是很容易。我是简化简化再简化啊，就怕你听不懂。

如果最后还是没听懂，别害怕，别紧张，再看一遍。

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