噴氣發動機工作原理(噴氣發動機工作原理圖 )

董乐器 2022-07-29 10:24:21

渦輪發動機(Turbine engine,或常簡稱爲Turbine)是一種利用旋轉的機件自穿過它的流體中汲取動能的發動機形式,是內燃機的一種噴氣發動機工作原理。常用作飛機與大型的船舶或車輛的發動機。

按照發動機燃料燃燒所需的氧化劑的來源不同可分爲火箭發動機和空氣噴氣發動機。火箭發動機自帶氧化劑和火箭發動機。根絕氧化劑和燃燒劑的形態不同,又分爲液體火箭發動機和固體火箭發動機。

渦輪發動機主要類型有:渦輪噴氣發動機(主要用于軍機);渦輪風扇發動機(主要用于幹線飛機和軍機);渦輪螺旋槳發動機(主要用于支線飛機);渦輪軸發動機(主要用于直升機) 此外還有螺旋槳及風扇組合的漿扇發動機。從噴氣推進方式來講,還有沖壓噴氣發動機(主要用于導彈和靶機),采用間歇燃燒原理的脈沖噴氣發動機,以及不同類型組合的發動機,如渦輪/沖壓噴氣發動機。

所有的渦輪發動機都具備壓縮機(Compressor)、燃燒室(Cumbustion)、渦輪機(Turbine,也就是渦輪發動機之名的來源)叁大部份。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並燃燒。燃燒後産生的高熱廢氣,接著會推動渦輪機使其旋轉,然後帶著剩余的能量,經由噴嘴或排氣管排出,至于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,渦輪機會和壓縮機一樣分成高壓段與低壓段。

雖然渦輪發動機可能有許多不同的運作原理,但最簡單的渦輪型式可以只包含一個“轉子”(Rotor),例如一個帶有中心軸的扇葉,將此扇葉放置在流體中(例如空氣或水),流體通過時對扇葉施加的力量會帶動整個轉子開始轉動,進而得以從中心軸輸出軸向的扭力。風車與水車這類的裝置,可以說是人類最早發明的渦輪發動機原型。

依照不同的分類方式,渦輪發動機也可以分類成很多不同的型式。例如以燃燒室與轉子的位置是否在一起來區別,就存在有屬于外燃機一類的燃氣渦輪發動機(Gas turbine),與屬于內燃機的渦輪風扇發動機(Turbofan)。

如果將渦輪發動機反過來運作,則會變成一種輸入力量之後可以將流體帶動的設備,例如壓縮機(compressor)與泵(pump)。

有些渦輪發動機本身具有多組扇葉,其中部分是用于自流體汲取動力,部分是用于推動流體,二者不能混爲一談。舉例來說在大部分的渦輪扇葉發動機與渦輪螺旋槳發動機中,位于燃燒室之前的扇葉實際的作用是用于加壓進氣,因此應被視爲是一種壓縮機。真正的渦輪機部分是位于燃燒室後方的風扇,被燃燒後的排氣推動産生動力,再透過傳動軸將力量輸送至主扇葉(渦輪風扇發動機)或螺旋槳(渦輪旋槳發動機)處,推動其運轉。

發動機一些主要參數

發動機壓力比:壓力比是在發動機上兩個不同地點之間的壓力關系。

EPR=Pt7/Pt2(普惠公司JT系列)

EPR=Pt4.95/Pt2(PW4000系列)

發動機涵道比:是指渦輪風扇發動機通過外涵的空氣質量流量與通過內涵的空氣質量流量之比。涵道比爲1左右是低涵道比發動機,2~3左右是中涵道比發動機,4以上是高涵道比發動機。

發動機排氣溫度:用EGT來表示。渦輪進口總溫是發動機最重要、最關鍵的參數,但是由于這裏溫度高,溫度場不均勻,目前實際是測量渦輪排氣溫度間接反映渦輪進口溫度的高低,限制EGT以保證渦輪進口溫度不超過限制。

風扇轉速:用n1表示。對于高涵道比渦扇發動機,由于風扇産生推力占絕大部分,風扇轉速也是推力表征參數,在駕駛艙顯示。

通常部件有:進氣道、風扇、低壓壓氣機、高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、噴管以及附件傳動部分。壓氣機、燃燒室組成核心發動機。

飛機的渦輪發動機,它的基本工作原理和構造是什麽?

  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,戰鬥機的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦輪噴氣發動機仍屬于熱機的一種,就必須遵循熱機的做功原則:在高壓下輸入能量,低壓下釋放能量。因此,從産生輸出能量的原理上講,噴氣式發動機和活塞式發動機是相同的,都需要有進氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段,不同的是,在活塞式發動機中這4個階段是分時依次進行的,但在噴氣發動機中則是連續進行的,氣體依次流經噴氣發動機的各個部分,就對應著活塞式發動機的四個工作位置。

  

  空氣首先進入的是發動機的進氣道,當飛機飛行時,可以看作氣流以飛行速度流向發動機,由于飛機飛行的速度是變化的,而壓氣機適應的來流速度是有一定的範圍的,因而進氣道的功能就是通過可調管道,將來流調整爲合適的速度。在超音速飛行時,在進氣道前和進氣道內氣流速度減至亞音速,此時氣流的滯止可使壓力升高十幾倍甚至幾十倍,大大超過壓氣機中的壓力提高倍數,因而産生了單靠速度沖壓,不需壓氣機的沖壓噴氣發動機。

  

  進氣道後的壓氣機是專門用來提高氣流的壓力的,空氣流過壓氣機時,壓氣機工作葉片對氣流做功,使氣流的壓力,溫度升高。在亞音速時,壓氣機是氣流增壓的主要部件。

  

  從燃燒室流出的高溫高壓燃氣,流過同壓氣機裝在同一條軸上的渦輪。燃氣的部分內能在渦輪中膨脹轉化爲機械能,帶動壓氣機旋轉,在渦輪噴氣發動機中,氣流在渦輪中膨脹所做的功正好等于壓氣機壓縮空氣所消耗的功以及傳動附件克服摩擦所需的功。經過燃燒後,渦輪前的燃氣能量大大增加,因而在渦輪中的膨脹比遠小于壓氣機中的壓縮比,渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機進口高很多,發動機的推力就是這一部分燃氣的能量而來的。

  

  從渦輪中流出的高溫高壓燃氣,在尾噴管中繼續膨脹,以高速沿發動機軸向從噴口向後排出。這一速度比氣流進入發動機的速度大得多,使發動機獲得了反作用的推力。

  

  一般來講,當氣流從燃燒室出來時的溫度越高,輸入的能量就越大,發動機的推力也就越大。但是,由于渦輪材料等的限制,目前只能達到1650K左右,現代戰鬥機有時需要短時間增加推力,就在渦輪後再加上一個加力燃燒室噴入燃油,讓未充分燃燒的燃氣與噴入的燃油混合再次燃燒,由于加力燃燒室內無旋轉部件,溫度可達2000K,可使發動機的推力增加至1.5倍左右。其缺點就是油耗急劇加大,同時過高的溫度也影響發動機的壽命,因此發動機開加力一般是有時限的,低空不過十幾秒,多用于起飛或戰鬥時,在高空則可開較長的時間。

  

  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,又發展了多種噴氣發動機,如根據增壓技術的不同,有沖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、渦輪軸發動機和螺槳風扇發動機等。

  

  噴氣發動機盡管在低速時油耗要大于活塞式發動機,但其優異的高速性能使其迅速取代了後者,成爲航空發動機的主流。

飛機的渦輪發動機的構造原理:在構造上,渦輪軸發動機也有進氣道、壓氣機、燃燒室和尾噴管等燃氣發生器基本構造,但它一般都裝有自由渦輪,如圖所示,前面的是兩級普通渦輪,它帶動壓氣機,維持發動機工作,後面的二級是自由渦輪,燃氣在其中作功,通過傳動軸專門用來帶動直升機的旋翼旋轉,使它升空飛行。此外,從渦輪流出來的燃氣,經過尾噴管噴出,可産生一定的推力,由于噴速不大,這種推力很小,如折合爲功率,大約僅占總功率的十分之一左右。有時噴速過小,甚至不産生什麽推力。爲了合理地安排直升機的結構,渦輪軸發動機的噴口,可以向上,向下或向兩側,不象渦輪噴氣發動機那樣非向後不可。這有利于直升機設計時的總體安排。

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