未來客機的主流-----螺旋槳飛機
談飛機引擎的沿革 賴致廷整理
常常幻想自己是二零年代的駕駛員，操縱著英國老式Sopwith Snipe的螺旋槳
動力雙翼機，機上沒有任何電子零件，襟翼到駕駛座的連桿裸露在外，翱翔在五
百公尺的雲層底端，享受著人類最原始、最陽春的飛行樂趣。↓
但事實上，自從二次大戰後，螺旋槳飛機似乎成為落伍、過時的代名詞。這
種從一九零三年到一九五零年代，主宰天空的工具，似乎完全被噴射機所取代，而
成為明日黃花。但是隨著引擎工業的演進，一種新發展的渦輪螺旋引擎有凌駕渦輪
噴射引擎的趨勢。本文就針對最近幾年各種引擎的優缺點做瀏覽式的探討期望能對
初學者有所助益
渦輪噴射引擎（turbo-jet）
最早出現的噴射引擎，被稱為「渦輪噴射引擎」。其推力全由燃燒後廢氣，
由管尾噴出而產生。廢氣噴出的同時，亦帶動渦輪機的旋轉。由於渦輪機的軸承
與燃燒室前側的壓縮機連動，因而渦輪葉片的轉動也會帶動壓縮機動葉的旋轉，
使空氣源源不絕的唧入。但一般僅百分之二十五的空氣被用來燃燒，其餘的空氣
都被用來冷卻燃燒室，以避免燃燒室過熱。為了充分利用這些未燃燒的空氣來增
加引擎的推力，「後燃器」（afterburner）也應運而生。
「後燃器」等於裝在噴射引擎末端的爐管。所有自引擎末端排出的氣體均需
通過此爐管。爐管前端有燃油注入點火，並利用約佔百分之七十五未經燃燒的空
氣來燃燒，使引擎的推力再增加百分之五十以上！(註1)不過燃油也多耗一倍以上
，而以兩倍於音速噴出的廢氣，在衝入周遭較的冷而流速較慢的空氣時，更會引起巨
大的音爆，在加速爬升的性能和效率方面有較佳的表現，但是，一般民航機仍然
摒棄了這項裝置。
渦輪風扇引擎（Turbofan）的發展
即使渦輪噴射引擎的後頭不加後燃器，引擎所發出的噪音仍分可觀。在一九
六零年代初期。引擎設計師便極力思考如何降低廢氣噴速和排放體積。他們在壓
縮機的前端加裝了巨大的風扇，以提供額外的空氣。這些多餘的氣體不經「燃燒
器－渦輪」的路徑，而由旁路排出。再由噴嘴後方與高溫、高速的廢氣混合，使
整個引擎的噴氣流速度和溫度俱以降低，而大大降低了噪音的水準。（諸位或許
會奇怪，排放的氣體整體速度變慢，但為何推力增加？其實原因很簡單：依據牛
頓第二定律的解釋，力是質量與加速度的乘積。雖然排出的噴氣流速度較小，意
味這氣體分子在通過引擎之後所獲得的加速度較小，但卻有更多質量的空氣被加
速。結果總推力反而增加！）這種引擎因為具有巨大的風扇，因此被稱為「渦輪
風扇引擎」。為了進一步降低廢棄的溫度、速度，並增大空氣質量流，引擎設計
人員繼續擴大風扇尺寸與引擎旁通比（bypass ratio）（通過風扇的空氣流量與通
過渦輪的噴氣流量的比）。第一種高旁通渦輪風扇引擎，悉由美國普來特及懷特
尼公司（Pratt ＆ Whitne）發展成功的引擎。其旁通比為五（大家熟習的波音七
四七客機即採用這種引擎！）。引擎推力有百分之七十五 是由風扇產生！只有
百分之二十五是來自廢氣。燃油消耗率更只有一般渦輪噴射引擎的三分二，噪音
水準也更低！
渦輪螺旋槳引擎（turboprop）
風扇越做越大之後，乾脆脫胎換骨變出渦輪螺旋槳引擎。原由導管所包覆的
風扇被改成開放式的螺旋槳，以便加速更大量的空氣。這種引擎的優點是重量較
輕，而風阻面積較小。不過，當飛行速度達0.6馬赫以上時，推進效率急劇下降，
因為，在飛機航速超過每小時六百四時公里時，螺旋槳葉間旋轉速度便接近一馬
赫，亦即螺旋槳的破空轉進，將遭遇到強大的音障！如果飛行速度再提高，葉間
旋轉速度勢必得破音速，並產生激烈的震波，不只阻力增大，也引發不穩定的擾
流。但是對照渦輪噴射引擎或渦輪風扇引擎（僅能使少量的空氣獲得加速，且噪
音大）在客機所用的低速航速範圍內，渦輪螺旋槳引擎可以提供最佳的推進效
率！
其他更先進的渦輪螺旋槳的研究
當然，飛行速度還是渦輪螺旋槳的瓶頸。一九七六年NASA與美國最負盛
名的螺旋槳製造商漢彌頓標準公司（Hamilton Standard）簽約發展一種具有八篇
彎刀型葉片由鈦合金製成的螺旋槳（主要是因為一九七三年石油危機爆發，人才
重視螺旋槳飛機省油的好處！）。在進行一連串的風動試驗後，證實於0.8馬赫
的飛行速度下，仍能維持其推進效率，而這種速度正是一般次音速客機的巡行速
度！受到這種實驗成功的鼓舞，NASA便從一九七八年起，開始推動先進渦輪
螺旋槳引擎的研究計畫。
一九八七年，代號為GE36，正式命名為「無導管風扇（unducted fan）」的
先進渦輪螺旋槳引擎，被安裝在麥克唐那道格拉斯公司出品的MD－80飛
機機尾左側，以進行一連串的試驗飛行。試飛結果顯示：引擎燃料消耗速率為每
小時一千一百公斤，較一般噴射引擎多節省了百分之三十！葉片運轉狀況甚佳，
推進速度可達0.84馬赫，而起飛距離只要一千八百公尺，比起同型的飛機以渦
輪風扇引擎作為動力源時，需兩千兩百公尺的起飛距離，顯然他的起飛加速性能
要優異許多！另外，引擎所發出的噪音不僅能符合美國聯邦民航局（FAA）所
規定的標準，還比噴射引擎來的低。這是因為GE36的旁通比高達百分之三十六，
儘儘百分之三的空氣流經燃燒室，幾乎所有的廢棄能量都用來驅動渦輪機。廢氣
噴射所貢獻的推力微乎其微，既然缺乏高溫、高速的廢棄衝擊周遭的空氣，又有
大量通過螺旋槳的氣流來與廢氣混和，噪音水準自然被大幅抑低！
渦輪螺旋槳引擎的後續發展
從一九八五年起，美國的普來特暨懷特尼公司、西德的馬達與渦輪聯合公司
（MTU，Motoren-und Turbinen-Union）以及義大利的飛雅特公司（Fiat）
共同討論先進導管式推進系統發展的構想。計畫研製構造介於渦輪風扇引擎，與
無導管風扇引擎之間的新式渦輪螺旋槳引擎。一九八七年起，三家公司便分頭展
開符合各自需要的引擎研發工作。目前，已有普來特暨懷特尼公司的「先進導管
螺旋槳」（ADP advanced ducted prop）和MTU的「覆緣式雙向旋轉螺旋風扇」
（CRISP，counterrotating integrated shrouded propfan）等。普來特暨懷特尼公司
（MTU，Motoren-und Turbinen-Union）以及義大利的飛雅特公司（Fiat）
共同討論先進導管式推進系統發展的構想。計畫研製構造介於渦輪風扇引擎，與
無導管風扇引擎之間的新式渦輪螺旋槳引擎。一九八七年起，三家公司便分頭展
開符合各自需要的引擎研發工作。目前，已有普來特暨懷特尼公司的「先進導管
螺旋槳」（ADP advanced ducted prop）和MTU的「覆緣式雙向旋轉螺旋風扇」
（CRISP，counterrotating integrated shrouded propfan）等。普來特暨懷特尼公司
的ADP引擎是一種單項向旋轉、外覆有導管的螺旋槳推進系統。相當於把渦輪
風扇引擎的風扇代之以直徑較大的螺旋槳，技術難度較低些。設計人員預估ADP
的重量要比渦輪風扇引擎輕百分之二十六，燃燒消耗率也可節省百分之十二。
MTU公司的CRISP引擎則擁有雙向螺旋槳(註2)和可變螺距的螺旋槳，外覆有輕
巧的導管，其旁通比為十八到二十五之間，預計可在本世紀末了之前做商業飛
行！
省油、推力強、噪音少．．．．是的，未來，又會是螺旋槳的時代了。
看到航空社倉庫裡佈滿灰塵的螺旋槳，還是那麼流暢、美麗。那是一種永遠
不該被淘汰的線條－－一種屬於飛行的線條。
部份資料取自「牛頓雜誌 八十五集」
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BM:
註1 開後燃器的燃油耗率是3~5倍 由於壓力低 所以熱效率也差的很
註2 對轉旋槳有助減輕螺旋槳的旋轉氣流損失(高速時占了50~60%)