渦輪發動機工作原理

2020-12-17 小胡影視

所有的渦輪發動機都具備bai壓縮機(Compressor)、燃燒室(Cumbustion)、渦輪機(Turbine,也就是渦輪發動機之名的來源)三大部份。壓縮機通常還分成低壓壓縮機(低壓段)和高壓壓縮機(高壓段),低壓段有時也兼具進氣風扇增加進氣量的作用,進入的氣流在壓縮機內被壓縮成高密度、高壓、低速的氣流,以增加發動機的效率。氣流進入燃燒室後,由供油噴嘴噴射出燃料,在燃燒室內與氣流混合併燃燒。燃燒後產生的高熱廢氣,接著會推動渦輪機使其旋轉,然後帶著剩餘的能量,經由噴嘴或排氣管排出,至於會有多少的能量被用來推動渦輪,則視渦輪發動機的種類與設計而定,渦輪機和壓縮機一樣可分為高壓段與低壓段。

分類:

按照發動機燃料燃燒所需的氧化劑的來源不同可分為火箭發動機和空氣噴氣發動機。火箭發動機自帶氧化劑。火箭發動機根據氧化劑和燃燒劑的形態不同,又分為液體火箭發動機和固體火箭發動機。

渦輪發動機近來也被用來用作大型發電機

渦輪噴氣發動機

(主要用於戰鬥,以及超音速客機,例如協和號);

這類發動機具有加速快[1] 、設計簡便等優點,是較早實用化的噴氣發動機類型。但如果要讓渦噴發動機提高推力,則必須增加燃氣在渦輪前的溫度和增壓比,這將會使排氣速度增加而損失更多動能,於是產生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此渦噴發動機油耗大,對於商業民航機來說是個致命弱點。

渦輪風扇發動機

(主要用於民用噴氣式飛機和轟炸機、預警機等,是應用最為廣泛的渦輪發動機)

渦輪風扇發動機的妙處,就在於既提高渦輪前溫度,又不增加排氣速度。渦扇發動機的結構,實際上就是渦輪噴氣發動機的前方再增加了幾級渦輪,這些渦輪帶動一定數量的風扇。風扇吸入的氣流一部分如普通噴氣發動機一樣,送進壓氣機(術語稱「內涵道」),另一部分則直接從渦噴發動機殼外圍向外排出(「外涵道」)。因此,渦扇發動機的燃氣能量被分派到了風扇和燃燒室分別產生的兩種排氣氣流上。這時,為提高熱效率而提高渦輪前溫度,可以通過適當的渦輪結構和增大風扇直徑,使更多的燃氣能量經風扇傳遞到外涵道,從而避免大幅增加排氣速度。熱效率和推進效率取得了平衡,發動機的效率得到極大提高。效率高就意味著油耗低,飛機航程變得更遠。從結構上看,目前渦扇發動機可分為單轉子、雙轉子、三轉子。

渦輪風扇發動機可以再細分為不加力式和加力式。前者不僅渦輪前溫度較高,而且風扇直徑較大,涵道比可達8以上,這種發動機的經濟性優於渦輪噴氣發動機,而可用飛行速度又比活塞式發動機高,在現代大型幹線客機、軍用運輸機等最大速度為M0.9左右的飛機中得到廣泛的應用。根據熱機的原理,當發動機的功率一定時,參加推進的工質越多,所獲得的推力就越大,不加力式渦輪風扇發動機由於風扇直徑大,空氣流量就大,因而推力也較大。同時由於排氣速度較低,這種發動機的噪音也較小。加力式渦輪風扇發動機在飛機巡航中是不開加力的,這時它相當於一臺不加力式渦輪風扇發動機,但為了追求高的推重比和減小阻力,這種發動機的涵道比一般在1.0以下。在高速飛行時,發動機的加力打開,外涵道的空氣和渦輪後的燃氣一同進入加力燃燒室噴油後再次燃燒,使推力可大幅度增加,甚至超過了加力式渦輪噴氣發動機,而且隨著速度的增加,這種發動機的加力比還會上升,並且耗油率有所下降。加力式渦輪風扇發動機由於具有這種低速時較油耗低,開加力時推重比大的特點。

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