什么渦燃發(fā)動(dòng)機(jī)

渦燃發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)

渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)（Gas turbine engine或Combustion turbine engine）或稱(chēng)燃?xì)廨啓C(jī)，是屬于熱機(jī)的一種發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)可以是一個(gè)廣泛的稱(chēng)呼，基本原理大同小異，包括燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等等都包含在內(nèi)。而一般所指的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，通常是指用于船舶（以軍用作戰(zhàn)艦艇為主）、車(chē)輛（通常是體積龐大可以容納得下燃?xì)鉁u輪機(jī)的車(chē)種，例如坦克、工程車(chē)輛等）、發(fā)電機(jī)組等的。與推進(jìn)用的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)不同之處，在于其渦輪機(jī)除了要帶動(dòng)壓縮機(jī)外，還會(huì)另外帶動(dòng)傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸再連上車(chē)輛的傳動(dòng)系統(tǒng)、船舶的螺旋槳或發(fā)電機(jī)等。

航空燃?xì)鉁u輪機(jī)的組成

航空燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要由進(jìn)氣道（Intake）、壓氣機(jī)（compressor）、燃燒室（combustion chamber）、渦輪（turbine）、噴管（Exhaust）等部分構(gòu)成。新鮮空氣由進(jìn)氣道進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)后，首先由壓氣機(jī)加壓成高壓氣體，接著由噴油嘴噴出燃油與空氣混合后在燃燒室進(jìn)行燃燒成為高溫高壓燃?xì)?，然后進(jìn)入渦輪段推動(dòng)渦輪，將燃?xì)獾撵屎蛣?dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出，最后的廢氣由尾噴管排出。而由渦輪輸出的機(jī)械能中，一部分會(huì)用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，另一部分則經(jīng)由傳動(dòng)軸輸出（渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)），用以驅(qū)動(dòng)我們希望驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)如發(fā)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)或飛行器螺旋槳等。

壓氣機(jī)的功用

壓氣機(jī)的功用是對(duì)氣流做功，以提高氣流的壓力。一般燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)通常有軸流式和離心式兩種。軸流式壓縮機(jī)會(huì)有許多的葉片，形狀類(lèi)似螺旋槳葉片，但是分為“靜子”（stator）與“轉(zhuǎn)子”（rotor）兩種。轉(zhuǎn)子就像螺旋槳一般地旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中將對(duì)氣流加功，增大氣流總壓P*和總溫T*，這時(shí)氣流的壓力和溫度就會(huì)提高。靜子的功用是將因?yàn)檗D(zhuǎn)子的作用而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的氣流導(dǎo)引回軸向，以正確的角度進(jìn)入下一組轉(zhuǎn)子，減小氣流絕對(duì)速度C1。通常是一組轉(zhuǎn)子和一組靜子交互配置，而一組轉(zhuǎn)子和靜子就稱(chēng)為一級(jí)。離心式壓縮機(jī)則是利用葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力將氣流向外推向機(jī)匣，而產(chǎn)生加壓的效果。一級(jí)的離心式壓縮機(jī)就能有數(shù)級(jí)軸流式壓縮機(jī)的壓縮比，對(duì)于較小型的燃?xì)廨啓C(jī)來(lái)就是不錯(cuò)的選擇，但是由于氣流是向外輻射，必須以大幅彎曲的通道折回內(nèi)部，故能量的耗損也較大，效率低。

增壓比是壓氣機(jī)的主要性能指標(biāo)，指的是氣流總壓在加壓后與加壓前的比，通常增壓比較高的燃?xì)廨啓C(jī)，效率也較高，但是氣流在壓縮過(guò)程中溫度會(huì)上升，考慮到渦輪所能承受的溫度有一定的限度，壓縮比太高反而不好。理想的壓縮過(guò)程應(yīng)該是等熵絕能過(guò)程，但是實(shí)際上壓縮后的氣流的溫度和熵都會(huì)大于理想值，壓力則低于理想值，而壓縮機(jī)的效率則定

其中ηc代表壓縮機(jī)效率，h1代表氣流進(jìn)入壓縮機(jī)之前的焓，h2i代表理想狀況下氣流離開(kāi)壓縮機(jī)時(shí)的焓，h2a代表實(shí)際狀況下氣流離開(kāi)壓縮機(jī)時(shí)的焓。依據(jù)熱力學(xué)定律，壓縮機(jī)效率不可能大于1。燃燒室燃燒室由外殼（套）、火焰筒、噴（油）嘴、渦流器、點(diǎn)火裝置等組成。由壓氣機(jī)擴(kuò)散段出來(lái)的高壓空氣分成兩股：一股（約占1/4～2/5）進(jìn)入火焰筒前部，與噴嘴噴出來(lái)的燃油混合形成油氣混合氣，經(jīng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)火后燃燒。另一股（占3/4～3/5）從火焰筒與外套間流過(guò)，對(duì)火焰筒壁面進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入火焰筒與高溫燃?xì)鈸交欤谷細(xì)鉁囟冉档?，達(dá)到渦輪所要求的溫度。通常要求燃燒室具有燃燒穩(wěn)定、燃燒效率高、點(diǎn)火范圍寬、流動(dòng)阻力小以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、安全可靠和壽命長(zhǎng)等特性。燃燒室按氣流在燃燒室中流動(dòng)的方向分為三種：①直流式：氣流在燃燒室中沿軸向流動(dòng)。多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)采用這種燃燒室。②折流式：氣流由壓氣機(jī)流出后，折成兩路流入火焰筒。一般與甩油盤(pán)配合使用。③回流式：壓氣機(jī)出口的空氣由燃燒室的后端流入火焰筒頭部。燃燒的燃?xì)鈩t向前形成回流。后兩種形式氣流流動(dòng)損失大，但能縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度，一般用于采用離心式壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)中。燃燒室按結(jié)構(gòu)形式又分為管形燃燒室、環(huán)形燃燒室和環(huán)管形燃燒室。管形燃燒室中的每個(gè)管形火焰筒有單獨(dú)的外套，組成一個(gè)單管燃燒室。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可以有若干個(gè)單管燃燒室，沿周向裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，其中幾個(gè)燃燒室裝有點(diǎn)火裝置。各燃燒室之間通過(guò)聯(lián)焰管來(lái)傳焰和均壓。管形燃燒室易調(diào)試，強(qiáng)度與剛性好、裝拆與維護(hù)方便，多用于早期的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)以及空氣流量很小的發(fā)動(dòng)機(jī)上。環(huán)形燃燒室中的火焰筒為一整體的環(huán)形腔。同心地裝在環(huán)形的殼體內(nèi)。這種燃燒室空間利用率高，迎風(fēng)面積、重量、壓力損失、火焰筒表面積和長(zhǎng)度都小，所需的冷卻空氣量少，出口流場(chǎng)沿周向分布均勻，廣泛用于各種新型發(fā)動(dòng)機(jī)中。環(huán)管形燃燒室有若干個(gè)管形火焰筒沿圓周均勻地裝在一個(gè)共同的環(huán)形殼體內(nèi)。各火焰筒間裝有聯(lián)焰管。它的結(jié)構(gòu)介于管形燃燒室與環(huán)形燃燒室之間。50～60年代的發(fā)動(dòng)機(jī)多采用這種結(jié)構(gòu)。渦輪 電腦模擬燃?xì)廨啓C(jī)通常使用軸流式渦輪，構(gòu)造上與軸流式壓縮機(jī)相似，同樣是一組定子與一組轉(zhuǎn)子合稱(chēng)為一級(jí)。渦輪葉片與螺旋槳及飛機(jī)機(jī)翼相似，氣流流過(guò)時(shí)產(chǎn)生作用力，對(duì)轉(zhuǎn)子葉片作功而使其轉(zhuǎn)動(dòng)，而能將氣流的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出，因此氣流在通過(guò)渦輪后，溫度與壓力都會(huì)下降。與壓縮機(jī)不同的是，渦輪的目的是將氣流的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，因此葉片的形狀與壓縮機(jī)會(huì)稍有不同，重視的是氣流通過(guò)時(shí)能產(chǎn)生的作用力，與飛機(jī)機(jī)翼希望升力大而阻力小的要求類(lèi)似。渦輪葉片直接受到高溫高壓氣流的沖擊，為了提高燃燒溫度以提升燃?xì)廨啓C(jī)的效率，渦輪葉片必須使用耐高溫、在高溫下仍保有高強(qiáng)度及壽命的耐熱材料制成。葉片結(jié)構(gòu)上也常使用一些特殊設(shè)計(jì)，例如常見(jiàn)的作法是將葉片設(shè)計(jì)為中空，然后將冷空氣或冷卻液導(dǎo)入內(nèi)部，在葉片內(nèi)部流動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生冷卻效果，還有在表面設(shè)計(jì)許多小孔噴出冷空氣，隨著空氣流動(dòng)而覆蓋整個(gè)葉片，阻隔以避免高溫空氣直接沖擊葉片，以達(dá)到保護(hù)的效果。與壓縮機(jī)相同，理想的渦輪應(yīng)該是等熵過(guò)程，但是實(shí)際上通過(guò)渦輪后氣流的溫度和熵都會(huì)大于理想值，渦輪的效率定義為：其中ηt代表渦輪效率，h3代表氣流進(jìn)入渦輪之前的焓，h4i代表理想狀況下氣流離開(kāi)渦輪時(shí)的焓，h4a代表實(shí)際狀況下氣流離開(kāi)渦輪時(shí)的焓。依據(jù)熱力學(xué)定律，渦輪效率不可能大于1。