Question

航空发动机中涡喷，涡扇和涡桨发动机各有什么优缺点

Answer 1

涡扇发动机优点 : 推力大、推进效率高、噪音低、燃油消耗率低，飞机航程远。

缺点 : 风扇直径大，迎风面积大，因而阻力大，发动机结构复杂，设计难度大。

涡轮风扇发动机运行原理：

涡扇发动机全称为涡轮风扇发动机（Turbofan）是飞机发动机的一种，由涡轮喷气发动机（Turbojet）发展而成。 与涡轮喷气比较，主要特点是首级压缩机的面积大很多，同时被用作为空气螺旋桨（扇），将部分吸入的空气通过喷射引擎的外围向後推。发动机核心部分空气经过的部分称为内涵道，仅有风扇空气经过的核心机外侧部分称为外涵道。

涡扇引擎最适合飞行速度400至1,000公里时使用，因此现在多数的飞机引擎都采用涡扇作为动力来源。

Answer 2

用涡扇发动机做栗子吧。
涡扇发动机有两个涵道分别流通空气，内涵道既加热又加速，外涵道只加速不加热。
发动机的推力是通过加速空气得到的反作用力产生的。
那么，内涵道既加热又加速，所以同样多的空气，获得的能量大，推力也大。因为热量也可以转化为压力和速度。
但是，同样的能量（燃油）下，内涵道获得的推力反而小了，因为一部分能量变成了热量。

那么好了，如果我们需要发动机推力一定的情况下空气流量尽可能小，或者在空气流量一定的情况下推力尽可能大，就需要把内涵道做大，外涵道做小，完全取消外涵道时就成了涡喷。
如果我们需要在推力一定的情况下燃油消耗尽可能小，或者在燃油消耗一定的情况推力尽可能大，就需要把外涵道做大，内涵道做小。内涵道小到极限时就可以把发动机的外涵道机匣（外罩）去掉，这成了涡桨（内涵道不能取消，因为外涵道的动力需要内涵道提供）。

在地面工作时，航空涡轮发动机的压气机会吸入空气，这时在进气道内形成一个低压区，在进气道外面，越靠近发动机进气口的地方空气压强就越低，压强梯度以音速向外传播并推动空气向发动机流动。因此在亚音速状态下，空气是被发动机“吸”进来的。有限的进气道能够获得大得多的空气流量，那么在空气流量足够的情况下，外涵道大的涡扇甚至涡桨就会比涡喷省油得多。
但在超音速飞行状态下，飞行速度超过压强梯度传播速度，发动机前方的空气不会自发流动，于是只能被动的“冲”进发动机。所以超音速时发动机的空气流量会被进气道的面积严格限定，而扩大进气道又会增大阻力。在阻力（进气道面积）一定的情况下，外涵道小的涡扇甚至涡喷就能获得更大的推力。推力一定时一定条件下会比较省油，因为随着进气道扩大，阻力上升很快。

总结来说。
亚音速条件下，涡扇的涵道比越大越省油，涡桨最省油，涡喷最费油。
超音速条件下，涡扇的涵道比越小有效推力越大，而且一般会省油。涡喷性能最好。涡桨一般超不过音速，因为螺旋桨的桨叶会比飞机更快到达音速，阻力和震动都太大了。