大家坐了這么多年的飛機(jī)，不知道有沒有注意過，發(fā)動(dòng)機(jī)長得都大同小異，這么多代商用航發(fā)走過來，外形上沒有太大的變化。而本文的主角外形非常異類，非常容易從傳統(tǒng)商用航發(fā)區(qū)別出來。

題圖中的開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)了（Open Rotor），也叫槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)，題圖中是法國賽峰的，但是不止賽峰一家在做這東西，比如美國GE。其實(shí)巨頭們在開轉(zhuǎn)子這個(gè)方向上已經(jīng)走了幾十年了，試飛了很久。

開轉(zhuǎn)子的原理是把一個(gè)做功渦輪（不推核心氣流的壓氣機(jī)）的功率通過齒輪箱把軸功率分給兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，其中這個(gè)螺旋槳的外側(cè)如同超寬弦渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推力風(fēng)扇一樣也是工作在周向超音速條件下。

當(dāng)然對于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)來說，也有雙軸的，兩軸壓氣，低壓軸帶低壓壓氣機(jī)同時(shí)帶螺旋槳（圖二），也有三軸的，兩軸壓氣，做功渦輪只帶螺旋槳，也有兩軸的單軸壓氣，低壓軸只帶螺旋槳，這里不再展開。圖二是另外一臺(tái)羅羅公司的開轉(zhuǎn)子的半剖圖。

因?yàn)樗臉~位于發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，這樣由于它吸入的是由發(fā)動(dòng)機(jī)短艙外殼產(chǎn)生的附面層效應(yīng)相對飛行速度減速了的的氣流，這降低了風(fēng)扇前速度，根據(jù)物理原則：推力=質(zhì)量流X（風(fēng)扇后速度-風(fēng)扇前速度），推力提高了，而在傳統(tǒng)構(gòu)型發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的附面層只能產(chǎn)生阻力。PS：NASA也在做尾置渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)飛機(jī)機(jī)身的附面層吸入技術(shù)前期研究，原理上是一樣的，挑戰(zhàn)在于這種附面層吸入對于發(fā)動(dòng)機(jī)來說并不是軸對稱的。意大利Piaggio的公務(wù)機(jī)P180尾置渦槳也是利用了這個(gè)原理。

因?yàn)樗袃杉?jí)對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，不需要定子導(dǎo)流就可以噴出無自旋的氣體，這大幅提高了渦輪機(jī)效率，因?yàn)閮杉?jí)都可以對空氣做功。此外雖然有一個(gè)實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)的齒輪箱，槳葉的轉(zhuǎn)速和低壓渦輪一樣，做功能力大幅提高，而這么高的轉(zhuǎn)數(shù)也就造成了槳葉外側(cè)為周向超音速區(qū)，此區(qū)域的槳葉形狀被優(yōu)化為向后掠。

它的兩級(jí)對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子都可以變槳距（pitch），來應(yīng)對不同的飛行速度和渦輪轉(zhuǎn)數(shù)，這又提高了效率。

跟傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)相比它的外涵道沒有外殼，省了非常多的重量和阻力，因?yàn)檫@么大的涵道比，外殼尺寸也要被等比放大。

第五，由于沒有外殼的限制，涵道比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，而大涵道比又提高了整體熱機(jī)效率。

這些優(yōu)勢綜合起來，使它巡航油耗相比上一代主流航發(fā)CFM56低了30%！要知道新一代的中推航發(fā)也只比上一代油耗低了15%到20%，而開轉(zhuǎn)子是好幾十年前就開始的技術(shù)了。

圖五是在9千米高空巡航時(shí)，巡航馬赫數(shù)（橫軸）和針對低油耗的最優(yōu)涵道比（紅色虛線，左側(cè)縱軸）的關(guān)系。開轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比大約是30以上，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了在0.7馬赫巡航的最優(yōu)涵道比，縱使它有其它無與倫比的優(yōu)勢，航速還是要比傳統(tǒng)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)要慢一些。

圖六為幾種航發(fā)構(gòu)型的巡航速度和油耗對比，以上一代中推商用航發(fā)為參考，PW1000G的齒輪減速渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)油耗降低20%，而飛行速度不變。開轉(zhuǎn)子的油耗和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，遠(yuǎn)低于渦扇，但是航速又遠(yuǎn)快于渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，介于渦槳渦扇之間。

噪音！噪音！噪音！

除了巡航速度慢了一些以外，還有一個(gè)問題就是它的噪音了，這應(yīng)該就是殺死它的最終原因了。它的噪音如此之大，DLR（德國宇航局）試飛開轉(zhuǎn)子的試飛員表示自己飛的時(shí)候差點(diǎn)跳下去自殺，實(shí)在太吵了。

因?yàn)榭諝庠趦杉?jí)對轉(zhuǎn)槳葉之間被撕扯，造成了巨大無比的噪音。同樣采用對轉(zhuǎn)風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的俄羅斯戰(zhàn)略轟炸機(jī)圖95在飛行時(shí)產(chǎn)生的噪音如此之大，成為唯一可以被美國在北大西洋設(shè)置的反潛艇聲吶網(wǎng)捕捉到的飛行器。

上圖為NASA用CFD對開轉(zhuǎn)子外涵道做的模擬。

蘇系暴力美學(xué)圖95

針對噪音，工程師試了幾個(gè)方向，首先如圖六所示，第一級(jí)槳葉比第二級(jí)的直徑更大了一點(diǎn)，這樣被第一級(jí)槳葉加速的氣流在最外面的一層不會(huì)被第二級(jí)槳葉撕扯，這一層氣流包住了內(nèi)部被撕扯的氣流，起到隔音作用，然而現(xiàn)實(shí)還是骨感啊，效果非常不理想。

上圖發(fā)動(dòng)機(jī)的方向，工程師做一種全新的飛機(jī)氣動(dòng)布局，用主翼和尾翼把開轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)包起來降低噪音，這個(gè)方向還沒有試飛，而且這種構(gòu)型造成的結(jié)構(gòu)重量太大，反而又削弱了開轉(zhuǎn)子的低油耗優(yōu)勢，而且降噪效果應(yīng)該也不是十分的理想。

綜上所述，非常遺憾，這種發(fā)動(dòng)機(jī)在未來投入商用的可能性非常非常非常低。