为什么航空发动机很多轴流式的而几乎没有离心式的？
这个问题问得很好，也触及了航空发动机设计的核心考量。简单来说，轴流式发动机之所以成为主流，是因为它在推力、效率、速度范围以及小型化设计等方面，相较于离心式发动机拥有压倒性的优势，能够更好地满足飞机对高性能的需求。
要想深入理解，咱们得先拆解一下这两种发动机的工作原理，然后对比它们各自的优缺点。
航空发动机的基本工作循环（以涡轮喷气发动机为例）：
无论是轴流式还是离心式，航空发动机的核心工作原理都是基于布莱顿循环（Brayton Cycle），也就是“进气压缩燃烧膨胀排气”这个过程。简单理解就是：
1. 进气 (Intake): 将空气吸入发动机。
2. 压缩 (Compression): 将空气压缩，使其密度和压力升高。
3. 燃烧 (Combustion): 将燃料喷入高压空气中，混合燃烧，产生高温高压燃气。
4. 膨胀 (Expansion): 高温高压燃气通过涡轮，推动涡轮高速旋转。
5. 排气 (Exhaust): 燃气通过喷管高速喷出，产生反作用力，这就是推力。
离心式压缩机的原理与局限
离心式发动机（或者更准确地说，具有离心式压缩机的发动机）的压缩过程是这样的：
核心部件： 主要是一个称为“叶轮”的旋转部件，上面布满了向外弯曲的叶片。
工作过程：
1. 空气从发动机前方被吸入，进入叶轮的中心（眼部）。
2. 叶轮高速旋转，通过离心力将空气向外甩出，沿着叶片运动。
3. 在这个过程中，空气的速度和压力都会升高。
4. 甩出的高速空气进入一个叫做扩压器（Diffuser）的固定装置。扩压器的横截面积逐渐增大，这就像一个漏斗一样，能够将空气的高速动能转化为更高的静压能。
优点：
结构简单： 相对于轴流式压缩机，离心式压缩机的结构更简单，加工制造也相对容易。
制造成本较低： 零件数量少，制造工艺成熟。
耐受性好： 对脏污、异物等有一定程度的耐受性，不像轴流叶片那么娇气。
压力比高（单级）： 在单级压缩中，离心式压缩机可以达到相对较高的压力比（即出口压力与入口压力的比值）。
缺点（也是导致其在航空领域不受青睐的主要原因）：
效率较低： 尤其是在高流量下，离心式压缩机的效率不如轴流式压缩机。这是因为空气在离开叶轮时会产生较大的湍流和能量损失。
压缩比受限： 要想获得更高的总压缩比，需要多级离心压缩机。但多级离心压缩机的效率损失会累积得更快，而且体积和重量会急剧增加，尤其是在直径方向上。空气在每一级离心压缩机之后都需要经过扩压器增压，再进入下一级叶轮，这个过程的能量损失是难以避免的。
体积和外形限制： 离心式压缩机在工作时，空气被甩向外围，所以它有一个向外扩张的“圆盘”状结构。这意味着发动机的直径会比较大。对于飞机来说，较大的发动机直径不仅会增加空气阻力，限制安装位置（比如挂载在机翼下方时），还意味着更沉的整体重量。想象一下，如果一个高性能战斗机的心脏是个又粗又大的盘子，那它还能飞得多快、多敏捷？
不适合高气流速度： 飞机的速度要求越来越高，发动机需要处理的气流速度也随之增加。离心式压缩机在处理高速气流时，其效率和稳定性会受到更大影响，很容易进入喘振（Stall）状态。
轴流式压缩机的原理与优势
轴流式发动机的压缩过程则是：
核心部件： 由一系列旋转的叶轮（Rotor）和固定的静子叶片（Stator）交替组成。叶轮上的叶片是向后倾斜的，静子叶片则固定在机匣上，并且叶片角度与叶轮叶片相对。
工作过程：
1. 空气从发动机前方被吸入，进入第一级叶轮。
2. 叶轮高速旋转，叶片通过空气动力学作用（类似于机翼的升力），将空气向前推动，同时加速空气。
3. 加速后的空气随即进入下一级静子叶片。静子叶片的作用是将空气的动能（速度）转化为静压能，并调整气流方向，使其以最佳角度进入下一级叶轮。
4. 这个“叶轮静子”的组合过程不断重复，每一级的空气压力都在逐步升高。
优点（正是航空发动机所需）：
高效率： 轴流式压缩机的设计能够更有效地将机械能转化为空气的压力能，气流沿着发动机的轴向流动，路径相对平滑，能量损失更小。
高压缩比： 通过增加叶轮和静子叶片的级数，可以实现非常高的总压缩比。每一级压缩比不高，但累积起来可以达到几十甚至上百比，为燃烧室提供高压空气，从而产生更大的推力。
小直径： 轴流式压缩机的工作区域主要在发动机的轴向，其直径相对稳定且较小。这使得发动机整体更加细长，流线型更好，有利于减少空气阻力，也更容易安装在飞机上，尤其是在现代高性能飞机上，这种细长的外形至关重要。
适用于高气流速度： 轴流式设计能够有效地处理高速气流，并且通过精密的叶片设计和控制，可以更稳定地工作在更宽的飞行速度和高度范围内，不易发生喘振。
易于实现高推重比： 轴流式发动机通过多级压缩和涡轮膨胀，能够产生巨大的推力，同时保持相对较小的体积和重量，从而实现高推重比（发动机推力与自身重量之比），这是衡量发动机性能的重要指标。
总结：为什么轴流式“一统天下”？
回过头来看，航空发动机的核心需求是什么？
强大的推力： 要让飞机起飞、爬升并高速飞行。
高燃油效率： 延长航程，降低运营成本。
适应宽广的速度和高度范围： 飞机需要在各种环境下工作。
紧凑的体积和轻巧的重量： 方便安装，减少空气阻力，提高机动性。
离心式压缩机虽然结构简单、成本低，但在这些关键指标上都无法与轴流式竞争：
推力上： 无法通过简单增加级数来获得高总压缩比，效率也较低，直接影响了推力。
效率上： 本质上不如轴流式，耗油量会更高。
速度范围上： 处理高速气流的能力较弱，稳定性差。
体积重量上： 其“盘子”形状导致直径大，不利于流线型设计和安装，整体重量也会更重。
只有到了航空早期，飞机的速度和飞行高度要求不高，或者在一些对成本和结构简单性要求极高的应用（例如一些早期的直升机、小型无人机、或者涡轮轴发动机的某些低压压气机级），离心式压缩机才有可能被采用。 但随着航空技术的飞速发展，尤其是在喷气式时代，对发动机性能的要求越来越苛刻，轴流式设计以其固有的优势，成为了航空发动机（包括涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮轴发动机的主流选择。
所以，并不是离心式“不行”，而是轴流式“更行”，并且在满足现代航空需求方面，轴流式是目前来看几乎是唯一的选择。 即使是现代发动机中看起来很“粗壮”的部分，比如涵道风扇，那也是轴流设计在外围包裹了更大直径的风扇叶片（风扇本身也是一种特殊的轴流压气机），用以增加空气流量，进一步提高效率和推力，但这依然是建立在轴流式原理之上的。
要想深入理解，咱们得先拆解一下这两种发动机的工作原理，然后对比它们各自的优缺点。
航空发动机的基本工作循环（以涡轮喷气发动机为例）：
无论是轴流式还是离心式，航空发动机的核心工作原理都是基于布莱顿循环（Brayton Cycle），也就是“进气压缩燃烧膨胀排气”这个过程。简单理解就是：
1. 进气 (Intake): 将空气吸入发动机。
2. 压缩 (Compression): 将空气压缩，使其密度和压力升高。
3. 燃烧 (Combustion): 将燃料喷入高压空气中，混合燃烧，产生高温高压燃气。
4. 膨胀 (Expansion): 高温高压燃气通过涡轮，推动涡轮高速旋转。
5. 排气 (Exhaust): 燃气通过喷管高速喷出，产生反作用力，这就是推力。
离心式压缩机的原理与局限
离心式发动机（或者更准确地说，具有离心式压缩机的发动机）的压缩过程是这样的：
核心部件： 主要是一个称为“叶轮”的旋转部件，上面布满了向外弯曲的叶片。
工作过程：
1. 空气从发动机前方被吸入，进入叶轮的中心（眼部）。
2. 叶轮高速旋转，通过离心力将空气向外甩出，沿着叶片运动。
3. 在这个过程中，空气的速度和压力都会升高。
4. 甩出的高速空气进入一个叫做扩压器（Diffuser）的固定装置。扩压器的横截面积逐渐增大，这就像一个漏斗一样，能够将空气的高速动能转化为更高的静压能。
优点：
结构简单： 相对于轴流式压缩机，离心式压缩机的结构更简单，加工制造也相对容易。
制造成本较低： 零件数量少，制造工艺成熟。
耐受性好： 对脏污、异物等有一定程度的耐受性，不像轴流叶片那么娇气。
压力比高（单级）： 在单级压缩中，离心式压缩机可以达到相对较高的压力比（即出口压力与入口压力的比值）。
缺点（也是导致其在航空领域不受青睐的主要原因）：
效率较低： 尤其是在高流量下，离心式压缩机的效率不如轴流式压缩机。这是因为空气在离开叶轮时会产生较大的湍流和能量损失。
压缩比受限： 要想获得更高的总压缩比，需要多级离心压缩机。但多级离心压缩机的效率损失会累积得更快，而且体积和重量会急剧增加，尤其是在直径方向上。空气在每一级离心压缩机之后都需要经过扩压器增压，再进入下一级叶轮，这个过程的能量损失是难以避免的。
体积和外形限制： 离心式压缩机在工作时，空气被甩向外围，所以它有一个向外扩张的“圆盘”状结构。这意味着发动机的直径会比较大。对于飞机来说，较大的发动机直径不仅会增加空气阻力，限制安装位置（比如挂载在机翼下方时），还意味着更沉的整体重量。想象一下，如果一个高性能战斗机的心脏是个又粗又大的盘子，那它还能飞得多快、多敏捷？
不适合高气流速度： 飞机的速度要求越来越高，发动机需要处理的气流速度也随之增加。离心式压缩机在处理高速气流时，其效率和稳定性会受到更大影响，很容易进入喘振（Stall）状态。
轴流式压缩机的原理与优势
轴流式发动机的压缩过程则是：
核心部件： 由一系列旋转的叶轮（Rotor）和固定的静子叶片（Stator）交替组成。叶轮上的叶片是向后倾斜的，静子叶片则固定在机匣上，并且叶片角度与叶轮叶片相对。
工作过程：
1. 空气从发动机前方被吸入，进入第一级叶轮。
2. 叶轮高速旋转，叶片通过空气动力学作用（类似于机翼的升力），将空气向前推动，同时加速空气。
3. 加速后的空气随即进入下一级静子叶片。静子叶片的作用是将空气的动能（速度）转化为静压能，并调整气流方向，使其以最佳角度进入下一级叶轮。
4. 这个“叶轮静子”的组合过程不断重复，每一级的空气压力都在逐步升高。
优点（正是航空发动机所需）：
高效率： 轴流式压缩机的设计能够更有效地将机械能转化为空气的压力能，气流沿着发动机的轴向流动，路径相对平滑，能量损失更小。
高压缩比： 通过增加叶轮和静子叶片的级数，可以实现非常高的总压缩比。每一级压缩比不高，但累积起来可以达到几十甚至上百比，为燃烧室提供高压空气，从而产生更大的推力。
小直径： 轴流式压缩机的工作区域主要在发动机的轴向，其直径相对稳定且较小。这使得发动机整体更加细长，流线型更好，有利于减少空气阻力，也更容易安装在飞机上，尤其是在现代高性能飞机上，这种细长的外形至关重要。
适用于高气流速度： 轴流式设计能够有效地处理高速气流，并且通过精密的叶片设计和控制，可以更稳定地工作在更宽的飞行速度和高度范围内，不易发生喘振。
易于实现高推重比： 轴流式发动机通过多级压缩和涡轮膨胀，能够产生巨大的推力，同时保持相对较小的体积和重量，从而实现高推重比（发动机推力与自身重量之比），这是衡量发动机性能的重要指标。
总结：为什么轴流式“一统天下”？
回过头来看，航空发动机的核心需求是什么？
强大的推力： 要让飞机起飞、爬升并高速飞行。
高燃油效率： 延长航程，降低运营成本。
适应宽广的速度和高度范围： 飞机需要在各种环境下工作。
紧凑的体积和轻巧的重量： 方便安装，减少空气阻力，提高机动性。
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推力上： 无法通过简单增加级数来获得高总压缩比，效率也较低，直接影响了推力。
效率上： 本质上不如轴流式，耗油量会更高。
速度范围上： 处理高速气流的能力较弱，稳定性差。
体积重量上： 其“盘子”形状导致直径大，不利于流线型设计和安装，整体重量也会更重。
只有到了航空早期，飞机的速度和飞行高度要求不高，或者在一些对成本和结构简单性要求极高的应用（例如一些早期的直升机、小型无人机、或者涡轮轴发动机的某些低压压气机级），离心式压缩机才有可能被采用。 但随着航空技术的飞速发展，尤其是在喷气式时代，对发动机性能的要求越来越苛刻，轴流式设计以其固有的优势，成为了航空发动机（包括涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮轴发动机的主流选择。
所以，并不是离心式“不行”，而是轴流式“更行”，并且在满足现代航空需求方面，轴流式是目前来看几乎是唯一的选择。 即使是现代发动机中看起来很“粗壮”的部分，比如涵道风扇，那也是轴流设计在外围包裹了更大直径的风扇叶片（风扇本身也是一种特殊的轴流压气机），用以增加空气流量，进一步提高效率和推力，但这依然是建立在轴流式原理之上的。
网友意见
涡轴涡桨发动机离心压气机或轴流离心组合压气机占主流。小型涡喷涡扇发动机里面离心压气机非常普遍。航模涡喷发动机里几乎没有轴流压气机。
离心压气机的特点是单级压比大，喘振裕度高，但径向尺寸大，不易多级组合。效率偏低，但受尺寸效应影响小。在小型发动机上，循环参数要求本就不高，轴流压气机可以靠多级实现高压比的优势发挥不出来，而小尺寸下效率比离心也没有优势。多级轴流轴向尺寸长，转子动力学特性不好。多级轴流重量也重。所以在小发动机上，如果不是径向尺寸有严格限制，尽量用离心。
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