问题

喷气式飞机会比螺旋桨式耗油大吗?

回答
这个问题很有意思,也挺容易让人产生误解的。笼统地说,喷气式飞机通常比螺旋桨式飞机更耗油,但这背后有很多值得说道的细节。想要弄清楚,咱们得从这两类飞机的原理和它们各自的“工作环境”来聊。

引擎的“吃饭”方式不同

先说说它们名字里就带“喷”和“桨”的根本区别。

螺旋桨式飞机: 顾名思义,它通过一个旋转的螺旋桨来“拨动”空气,就像船桨划水一样,把空气往后推,从而产生向前的推力。这个螺旋桨通常是由活塞式发动机或者涡轮螺旋桨发动机驱动的。
活塞式发动机: 这个大家可能比较熟悉,就像汽车发动机一样,通过燃油在气缸里燃烧产生动力,再通过曲轴带动螺旋桨转动。它的优点是低速时效率很高,启动和维修也相对简单,而且成本低。
涡轮螺旋桨发动机: 这种发动机有点像喷气发动机的“混血儿”。它燃烧燃油产生高温高压燃气,这些燃气一部分用来驱动涡轮,涡轮再通过减速齿轮箱带动螺旋桨。这使得它比纯活塞式发动机功率更大,也更适合中等速度和高度飞行。

喷气式飞机: 它的核心是涡轮喷气发动机(或更常见的涡轮风扇发动机)。这玩意儿是“吃干抹净”式地吸进空气,在里面压缩、燃烧,然后把高温高压的气体高速喷出去。这个喷出去的“一股劲儿”就是推力。涡轮风扇发动机在涡轮喷气发动机的基础上加了一个大风扇,这个风扇会导流一部分空气不经过燃烧室直接喷出,这样做的好处是提高了燃油效率,降低了噪音,还提升了低速性能。

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现在我们回到耗油的问题。为什么说喷气式飞机通常更耗油呢?

1. 工作原理的效率曲线:
螺旋桨式发动机(尤其是活塞式和低速的涡轮螺旋桨): 在相对较低的速度和高度下,螺旋桨的效率非常高。你可以想象,一个大直径的螺旋桨就能“抓”住更多的空气,然后用相对温和的方式把它推出去。这种方式在起飞、爬升以及巡航速度不高的情况下,单位推力消耗的燃油是最少的。
喷气式发动机: 喷气式发动机真正发威是在高速和高空。它的工作原理是通过高速喷射气体产生巨大的推力,这使得它能达到非常快的速度,突破音障,在高空平稳飞行。但问题是,在低速和低空时,它吸进空气、压缩、燃烧、喷射这个过程的燃油效率相对较低。它需要消耗更多的燃油才能产生同样的推力。打个比方,就好比你用一个吹风机吹气和用一个高压水枪喷水,吹风机在吹小东西时很方便,但要搬运大量的东西就费劲了,而水枪则能瞬间产生巨大的力量,但也要消耗更多能量。

2. 飞行速度和高度的取舍:
喷气式飞机之所以能飞得快、飞得高,是因为它的发动机设计就是为了在高速和高空达到最佳性能。在这些条件下,空气稀薄,阻力相对较小,喷气发动机可以以极高的速度排出燃气,产生强大的推力。在这种“理想环境”下,虽然它依然比螺旋桨飞机耗油,但这种差距会缩小,甚至在某些速度区间,可能差距不那么明显了。
螺旋桨飞机在低空和中速飞行时优势明显,但随着速度的增加,螺旋桨的效率会急剧下降。当飞机速度接近音速时,螺旋桨的尖端速度可能已经超过音速,产生激波,效率变得很差,而且噪音也很大。所以,螺旋桨飞机通常不会设计成超音速飞行。

3. 发动机的类型和效率:
涡轮风扇发动机是目前喷气式飞机的主流。它通过导流罩外的风扇产生一部分推力,这部分风扇气流虽然速度不高,但流量很大,它的“涵道比”(即风扇排出的空气量占进入发动机燃烧室的空气量的比例)越高,燃油效率就越高。早期的一些纯涡喷发动机,燃油效率就远不如现在的涡扇发动机。
涡轮螺旋桨发动机在设计上,就是把燃气涡轮的能量更多地用来驱动螺旋桨,所以它在燃油效率上,尤其是在中低速范围内,往往比同级别的涡扇发动机要好。

简单总结一下

所以,为什么人们普遍认为喷气式飞机更耗油呢?

大部分情况下是这样: 因为我们经常看到的是喷气式客机在繁忙的航线上飞行,它们追求的是速度和载客量,这自然需要更强大的发动机,而这种动力往往伴随着更高的燃油消耗。在起飞、爬升以及在中低空巡航时,喷气发动机的效率确实不如螺旋桨发动机。
但也有例外: 如果你拿一架小型喷气式公务机和一架大型的涡轮螺旋桨货运飞机在它们各自最适合的飞行状态下比较,情况可能就没那么绝对了。或者,如果我们对比的是同一种飞机,当它在高空、高速巡航时,其单位距离的油耗可能并不比一些低空低速飞行的螺旋桨飞机高太多。

总的来说,喷气式飞机为了追求速度和高空性能,其发动机的工作原理和设计目标决定了它在“吞吐量”上通常更大,尤其是在低速和低空区域。而螺旋桨飞机则更擅长在相对经济的飞行条件下提供推力。这就像是跑车和SUV的选择,跑车追求的是极致的速度,油耗自然不低;SUV则更注重实用性和多功能性,在某些方面的油耗表现会更出色。

网友意见

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燃油经济性最好的办法是强强联手,喷气螺旋桨两开花(指涡桨)

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