涡扇发动机

每秒 1.2 吨空气

起飞时，这台发动机的风扇每秒吸进约 1.2 吨空气。风扇直径 2.9 米，转速每分钟 2560 转，叶尖线速度约 390 米每秒，比声速还快。

燃气进入涡轮时比涡轮叶片合金的熔点还热。叶片靠内部冷却通道、表面的冷却气膜和陶瓷涂层撑住。

模型的计算给出起飞推力约 330 千牛，相当于托起约 34 吨的重量。

空气流量 ≈ 1.2 t/s · 叶尖 ≈ 390 m/s · 推力 ≈ 330 kN（本页模型）

压缩、燃烧、膨胀

内涵里走的是布雷顿循环。风扇根部、四级增压级和十级高压压气机把空气压缩约 44 倍，温度升到约 670 °C。

燃烧室把燃油喷进去烧，燃气升到约 1430 °C。高压涡轮取出的功正好带动高压压气机，低压涡轮取出的功带动风扇和增压级。

剩下的能量从喷口喷出。压得越狠、烧得越热，同样的燃油做的功越多。

压缩 → 等压加热 → 膨胀 → 排气 · 总压比 ≈ 44 · T4 ≈ 1700 K（模型）

推力主要来自风扇

进入风扇的空气，大约每 10.5 千克里只有 1 千克进内涵，其余 9.5 千克从外涵绕过核心机，这个比例叫涵道比。

外涵空气只被风扇加速到约 260 米每秒，内涵燃气喷得更快，约 440 米每秒。但外涵的空气多得多，推力约占八成五。

推力等于每秒推出的空气质量乘以速度增量。把大量空气推得慢一点，比把少量空气推得很快更省油，所以现代发动机的风扇越做越大。

F = ṁ外 V外 + ṁ内 V内 · 涵道比 9.5 · 外涵约占 85%（模型）

剖开来看

从前往后：进气道、风扇和包容机匣、四级增压级、出口导向叶片、十级高压压气机、环形燃烧室、两级高压涡轮、七级低压涡轮、尾锥。

外圈是短舱和反推装置，中间那圈是核心机罩，两者之间就是外涵道。剖面刷成红色，是博物馆剖面模型的习惯。

级数：1 + 4 / 10 / 2 / 7（与 GEnx-1B 相同）

两根轴，各转各的

风扇、增压级和低压涡轮装在一根细长的低压轴上，叫 N1。高压压气机和高压涡轮装在套在它外面的高压轴上，叫 N2。

两根轴没有机械连接，各自找到自己的转速。起飞时 N1 约每分钟 2560 转，N2 约 11400 转。风扇大，转慢一点叶尖才不会太快；压气机小，要转快才压得动。

GE 和 CFM 的发动机是双轴。罗尔斯-罗伊斯的遄达系列是三轴，多一根中压轴。普惠的 PW1000G 在风扇和低压轴之间加了一个减速齿轮。

N1 风扇 · 增压级 · 低压涡轮 ｜ N2 高压压气机 · 高压涡轮 · 转动按 1:60 放慢

扭着的风扇叶片

叶片从根部到叶尖扭转了约 35 度。叶尖转得快，叶根转得慢，扭转让每一段迎向气流的角度都合适。

模型里是 20 片空心钛合金宽弦叶片，单片约 16 千克。GE 的 GEnx 和 GE9X 改用碳纤维复合材料叶片，前缘包钛。

整个风扇罩在包容机匣里。机匣外面缠着芳纶织物，叶片万一断裂，它要把碎片兜住。

20 片 · 根部到叶尖扭转约 35° · 单片约 16 kg（模型估算）

十级压气机

每一级是一排转子叶片加一排静子叶片。转子给空气加速，静子把速度变成压力。每级只能压一点，十级叠起来，高压压气机的压比约 23。

越往后空气越密，通道越窄，叶片越短。剖面里能看到每一级的轮盘：外缘挂叶片，中间是薄的辐板，内孔一圈加厚。

前几级用钛合金，后几级空气已经五六百度，换成镍基合金。

高压压气机 10 级 · 压比 ≈ 23 · 出口 ≈ 670 °C（模型）

环形燃烧室

压缩空气放慢速度后进入一个环形燃烧室。头部一圈燃油喷嘴（模型里 22 个），把燃油雾化后和空气混合燃烧。

只有一部分空气参与燃烧，其余空气从火焰筒壁上的孔和缝流进去，冷却筒壁，把燃气掺混到涡轮能承受的温度。

外面那一圈管子是燃油总管，把燃油分给每个喷嘴。

燃油 ≈ 2.8 kg/s · 燃气 ≈ 1430 °C（模型）

比熔点还热的涡轮

高压涡轮第一级叶片是单晶镍基高温合金铸成的，整片叶片是一个晶粒，没有容易在高温下滑移的晶界。

这类合金在约 1300 多摄氏度开始熔化。现代发动机进入涡轮的燃气约 1600 到 1700 摄氏度，罗尔斯-罗伊斯说它的叶片工作在比合金熔点高约 200 度的燃气里。

叶片内部有弯曲的冷却通道，从压气机引来的空气流过，再从表面一排排小孔喷出，贴着叶片形成一层冷气膜。外面还有约 0.25 毫米的陶瓷热障涂层。金属本身始终在熔点以下。

燃气 ≈ 1600–1700 °C · CMSX-4 固相线 ≈ 1340 °C · 金属本身更低

甩掉一片叶片

取得适航证之前，发动机要做一次风扇叶片脱落试验：在最高允许转速下，用小炸药把一片风扇叶片从根部炸断。

美国联邦航空条例 33.94 条要求：碎片必须被机匣包住，不起火，安装节不断，并且发动机要再运转至少 15 秒，除非它自己停车。

按模型的数字，这片约 16 千克的叶片在满转速时带着约 470 千焦的动能，相当于一吨重的汽车以每小时 110 公里撞上来。失去它的转子还会产生约 1 兆牛的不平衡力。

14 CFR 33.94 · CS-E 810 · 动能 ≈ 470 kJ（模型估算）

真实发动机的数字

GEnx-1B（波音 787）：风扇 2.82 米，双轴，起飞推力 255 到 358 千牛，涵道比约 9，起飞总压比约 44 到 47。

遄达 1000（波音 787）：风扇 2.85 米，三轴，265 到 360 千牛，涵道比超过 10，总压比约 50。

GE90-115B（波音 777）：风扇约 3.25 米，起飞推力 514 千牛。GE9X（777X）风扇 3.4 米，涵道比约 10，总压比超过 60。

LEAP-1A（A320neo）：风扇约 1.98 米，107 到 143 千牛，涵道比约 11。

推力为型号合格证数据单中的起飞额定值范围

拆开来看

各部件沿着发动机的轴线拉开。指针停在哪一部分上，那部分就被单独托出来，标出名字。