渦輪噴氣發動機是指靠噴管高速噴出的燃氣產生反作用推力的燃氣渦輪發動機。現代渦輪噴氣發動機的結構由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。渦輪噴氣發動機的基本原理是:空氣經過壓氣機壓縮後進入燃燒室與燃料混合燃燒;膨脹的燃氣進入與壓氣機同軸的渦輪並推動渦輪旋轉,使壓氣機正常工作;從渦輪中流出的燃氣經尾噴管膨脹後,高速向後噴出,產生巨大的反作用力。在不增大核心機的條件下,為了在短時間內增加發動機推力可採用發動機加力措施,戰鬥機上最常用的辦法是在渦輪後安裝加力燃燒室。
微型渦輪噴氣發動機
渦輪噴氣發動機的性能指標主要有推力、耗油率和推重比。推力和耗油率隨飛行高度、飛行速度和油門位置的變化關係分別稱為高度特性、速度特性和油門特性。渦輪噴氣發動機的發明在航空史上具有極為重要的地位。1930年,英國人弗朗克·惠特爾取得燃氣渦輪發動機的第一個專利。20世紀30年代中後期,惠特爾和德國人歐海因幾乎同時獨立完成渦輪噴氣發動機的發明。隨著航空燃氣渦輪技術的進步,人們在渦輪噴氣發動機的基礎上,又發明了多種噴氣發動機,如根據增壓技術的不同,有衝壓發動機和脈動發動機;根據能量輸出的不同,有渦輪風扇發動機、渦輪螺旋槳發動機、渦輪軸發動機等。
渦輪風扇發動機:
典型的渦扇發動機GE90
渦輪風扇發動機是由噴管排出燃氣和風扇排出空氣共同產生反作用推力的燃氣渦輪發動機,由風扇、壓力機、燃燒室、高壓渦輪和排氣系統組成。它在渦輪噴氣發動機基礎上研製,而渦輪噴氣發動機的缺點是在低速下耗油量大,效率較低,飛機航程變短,增加飛機特別是民用運輸機的飛行成本。發動機效率包括熱效率和推進效率。提高熱效率需要提高燃氣在渦輪前的溫度和壓氣機的增壓比,但在飛機飛行速度不變的情況下,提高渦輪前溫度會使噴氣發動機的排氣速度增加,導致在空氣中損失的動能增加,推進效率降低。這個矛盾致使渦輪噴氣發動機的總效率難以得到較大提升。
渦扇發動機地面維護
渦輪風扇發動機增加了幾級渦輪,由這些渦輪帶動一排或幾排風扇。風扇後的氣流分為兩部分,一部分進入壓氣機(內涵道),另一部分不經過燃燒,直接排到空氣中(外涵道)。由於一部分燃氣能量用來帶動前端風扇,因此降低了排氣速度,提高了推進效率。流經外涵和內涵的空氣流量之比稱作涵道比。涵道比對發動機性能影響較大,涵道比大,耗油率低,但發動機迎風面積大;涵道比小,迎風面積小,但耗油率大。目前航空用渦輪風扇發動機主要有不加力式和加力式(帶有加力燃燒室)。前者主要用於高亞音速運輸機,後者主要用於戰鬥機。
渦輪風扇發動機前面圖